Dreidimensionale LDV und FEM zur Strömungsanalyse in statischen Mischelementen

Mit Hilfe der Laser-Doppler-Velocimetry (LDV) und einer numerischen Simulation nach der Methode der Finiten Elemente wird die laminare Strömung im geometrisch komplizierten Strömungsraum eines statischen Mischers vom Typ SMX analysiert. Der eigens angepaßte Systemaufbau der LDV-Anlage ermöglicht es, die drei orthogonalen Geschwindigkeitskomponenten des Geschwindigkeitsvektors direkt und simultan zu erfassen. Aufgrund der optischen Konfiguration des Meßsystems kann zudem auf eine Brechungsindexanpassung verzichtet werden. Der Vergleich mit den numerischen Berechnungen zeigt eine eindrucksvolle Übereinstimmung der Ergebnisse beider Verfahren. Symmetrieeigenschaften der schleichenden Strömung werden dargestellt und ihre Abhängigkeit von den Stoffeigenschaften verdeutlicht. Details der Strömung werden ersichtlich, wobei neben den Geschwindigkeiten auch auf Dehnungen und Scherungen im Stromfeld eingegangen wird. Die Mischvorgänge können mit Hilfe der ermittelten materiellen Deformationsgrößen bewertet werden. The laminar fluid flow through a geometrically complicated flow area of a static mixer of SMX type is analysed experimentally by Laser-Doppler-Velocimetry (LDV) and numerically by a finite element simulation. The specially adapted experimental set-up allows to determine the three orthogonal velocity components directly and simultaneously without adjustment of the refraction index. The comparison with the numerical simulation shows an excellent agreement of the results of both methods. Symmetry characteristics of the creeping flow are illustrated and their dependence on the fluid properties is shown. Details of the fluid flow including stretching and shear strain are described. These results are required to estimate the success of mixing.