Zerstäubung von Flüssigkeiten in einer nicht angepassten Lavaldüse

Abstract

Bei der Entspannungsströmung eines Gases durch eine Lavaldüse entsprechender Auslegung, tritt innerhalb dieser ein Verdichtungsstoß auf. Er ändert in einer Störungsfront im Bereich weniger Mikrometer schlagartig die Geschwindigkeit, den Druck, die Dichte, Temperatur und Entropie der Strömung. Mit Hilfe von Mikrobohrungen wird der Druckverlauf innerhalb der Lavalströmung ermittelt und der Verdichtungsstoß im Experiment bestätigt. <br /> Eine grobdisperse, flüssige Phase wird beim Durchgang durch den Verdichtungsstoß in wesentlich kleinere Tropfen zerteilt. So lassen sich mit relativ niedrigen Gasdrücken und hohem Flüssigkeitsdurchsatz Aerosole von wenigen Mikrometern Tropfengröße erzeugen. In einem Laborprüfstand wird der Einsatz der Lavaldüse zu Erzeugung eines therapeutisch nutzbaren Inhalationsaerosols untersucht und das erzeugte Aerosol mittels Laserbeugungsspektroskopie charakterisiert. Der sich an die Verdichtungsstöße anschließende Teil der Lavaldüse hat einen negativen Effekt auf die Feinheit des Aerosols. Es wird gezeigt, wie das Kürzen der Lavaldüse den Verdichtungsstoß relativ zur Gesamtlänge der Düse stromabwärts verschiebt. Im Ergebnis erhöht sich die Feinheit des erzeugten Aerosols sowohl im stationären als auch instationären Gasstrom.

<b>Atomization of liquids with an over expanding laval nozzle</b><br /> During the relaxation gasflow through a laval nozzle with given theoretical outlet gas pressure a shockwave occurs inside the nozzle. This shockwave is accompanied by a dramatic change of velocity, pressure, density, temperature and entropy within few a micrometers of flow. Through small drill holes the pressure inside the nozzle is monitored at multiple points and the shockwave is proven experimentally.<br /> By passing through the nozzle droplets with a coarse distribution are broken up into a fine aerosol. So it is possible to obtain an aerosol of only a few micrometers droplet size using relatively low pressure and high liquid flowrates.<br /> In a laboratory assembly the useability of the laval nozzle for the generation of an inhalation aerosol is investigated. The size distribution of the produced aerosol is characterised by laser diffraction.The downstream to the shockwave adjacent part of the nozzle has a negative effect on the disparity of the aerosol. The following assay demonstrates how the shockwave is shifted downstream ba a shortened laval nozzle. As a result the dispersity of the aerosol is increased in the stationary as well as in the instationary gasflow.