LEHRSTUHL

SOFT MATTER

Identifikation von Kavitationskeimen und Nanoblasen in Flüssigkeiten

Kavitationskeime sind nanometer-große Gasblasen, kleine Partikel, auf denen sich Gasblasen anheften oder auch Nanotropfen. Obwohl die Keime sehr klein sind, sind ihre Auswirkungen enorm, wenn zum Beispiel Turbinen und Pumpen durch Kavitationsschäden ausfallen.

Kavitation entsteht, wenn ein extrem starker Zug kurzzeitig an einer Flüssigkeit anliegt. Es entstehen kleine Bläschen, die nach kurzer Zeit wieder in sich zusammenfallen. Warum entstehen die Blasen aber genau an den Orten, wo sie entstehen?

Dieser Frage widmet sich das geförderte Projekt. Aus früheren Arbeiten ist bereits bekannt, dass kleine Partikel in einer Flüssigkeit als Kavitationskeime dienen. Hier ist die Annahme, dass Partikel oder Oberflächen winzige Risse aufweisen, in denen bereits eine kleine Menge Gas eingeschlossen ist. Bei einer kurzzeitigen Druckreduktion in der Flüssigkeit ziehen diese Gastaschen auf und bilden beobachtbare Blasen.

In scheinbar reinem Wasser ist eine Blasenentstehung jedoch auch zu beobachten und die Frage woher diese Kavitationsblasen kommen aktueller Forschungsgegenstand.

Im aktuellen Projekt wird daher kontrolliert Kavitation in einer dünnen Wasserschicht erzeugt. Dem Wasser ist eine kleine Menge Flüssigkeit zugefügt, die mit Wasser nicht mischbar ist, und als Tröpfchen beobachtbar. Es handelt sich hier im ein Perfluorocarbon. Es hat den Vorteil, dass es sehr viel Sauerstoff aufnehmen kann, im Vergleich zum Wasser. In den durchgeführten Experimenten können wir beobachten, dass sich die Kavitationsblasen genau an diesen Öltröpfchen bilden. Die Tröpfchen bleiben anschließend erhalten und es kann erneut Kavitation an ihnen beobachtet werden.

Des Weiteren kann auch eine lokale Übersättigung von Gas in einer Flüssigkeit als Kavitationskeim dienen. Hierzu wird die Flüssigkeit lokal erhitzt und kurze Zeit später ein Zug an der Flüssigkeit angelegt. Durch die Gasübersättigung kann schon mit relativ geringen Kräften Kavitation beobachtet werden und zwar genau dort wo zuvor geheizt wurde, jedoch nicht in anderen Bereichen der Flüssigkeit.