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2025-09-18T00:53:02Z

Ersetzter Begriff "Butzenströmung" existiert so nicht in der Literatur

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[[Datei:Multiphase flow final2.png|mini|Schema einer Mehrphasenströmung.<br />In Wasser (blau), sind Öl (schwarz) und Gas (weiß) dispers verteilt.]]
'''Mehrphasenströmung''' bezeichnet in der [[Strömungsmechanik]] die Strömung eines [[Gemisch]]s aus mehreren [[Phase (Materie)|Phasen]].

Bei der Einphasenströmung (klassische Strömungsmechanik) wird nur ein [[Fluid]] (z. B. Wasser) betrachtet, bei Mehrphasenströmungen betrachtet man Ströme aus verschiedenen Stoffen, z. B. Wasser und Öl, bzw. allgemein mehrere verschiedene Fluide oder Kombinationen aus Gasen, Flüssigkeiten und [[Feststoff]]en.

Eine '''Zweiphasenströmung''' besteht aus einem Gemisch aus zwei Phasen. Dabei handelt es sich meist um eine [[flüssig]]e und eine [[gasförmig]]e Phase.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen einer [[Einkomponenten-Zweiphasenströmung]], hier wäre eine wichtige Anwendung die Strömung eines Gemischs aus [[sieden]]dem [[Wasser]] und [[Wasserdampf]] in der [[Energietechnik]] und bei der [[Siedekühlung]], und einer [[Mehrkomponenten-Zweiphasenströmung]], zum Beispiel Wasser und [[Luft]].
Im Allgemeinen strömen beide Phasen nicht mit derselben Geschwindigkeit im Rohr.

Mehrphasenströmungen werden eingeteilt in
* getrennte (separierte) Mehrphasenströmungen (z. B. [[Filmströmung]]). Die beiden [[Phase (Materie)|Phasen]] sind nicht vermischt.
* diskontinuierliche Mehrphasenströmungen (z. B. [[Pfropfenströmung]]). Ähnlich große [[Volumen]]anteile der einzelnen Phasen.
* [[Dispersion (Chemie)|disperse]] Mehrphasenströmungen, (z. B. [[Sprühströmung]]) bestehend aus einer kontinuierlichen Phase mit hohem Volumenanteil und aus dispersen Phasen in [[Teilchen#Verwandte Begriffe|Partikelform]].

== Arten von Mehrphasenströmungen ==
Je nach Geschwindigkeits- und Massenstromverhältnis der Phasen stellen sich verschiedene charakteristische Verteilungen der Phasen über den Querschnitt des Strömungskanals ein, die man auch Strömungsformen nennt. Die sich einstellende Strömung resultiert aus den in der Strömung herrschenden und an jeder der Phasen angreifenden Kräften.

=== Gas – Flüssigkeit ===
Beim Erzeugen von Dampf aus Wasser in Kraftwerken oder bei chemischen Reaktionen treten solche Strömungen auf. Diese Gas-Flüssigkeits-Gemische treten in der Industrie häufig auf und sind deshalb gut untersucht.

[[Datei:Horizontal flow regimes v2.jpg|mini|Horizontale Gas-Flüssigkeits Strömungen: Blasenströmung (oben), Pfropfenströmung, Schwallströmung, Wellenströmung, Schichtenströmung, Filmströmung und Nebelströmung (unten)]]
[[Heinz Brauer (Ingenieur)|Heinz Brauer]] hat für die vorhandenen Strömungsrichtungen entsprechende allgemeingültige Phasenverteilungszustände dargestellt.
In der [[Blasenströmung]] ist die [[Gasphase]] gleichmäßig in der kontinuierlichen Flüssigphase dispergiert. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Geschwindigkeit beider Phasen gleich ist (Schlupf = 1).
Kommt es zu einer Erhöhung des Gasanteils, so wachsen immer mehr Blasen zusammen und bilden Gaskolben, man beobachtet eine Kolbenblasen- oder auch [[Kolbenströmung]].
Eine weitere Erhöhung des Gasanteils im horizontalen Rohr führt schließlich zur [[Schichtenströmung]]. Hierbei strömen [[Gas]] und [[Flüssigkeit]] getrennt nach ihrer Dichte geschichtet durch das Rohr, wobei kleine Blasen in der Flüssigkeit vorkommen können. Im vertikalen Rohr wird diese Strömungsform nicht beobachtet. Dies gilt auch für die Wellen- und die [[Schwallströmung]], bei denen der Gasstrom eine [[Schubspannung]] auf die Flüssigkeit überträgt, die bei Annahme eines bestimmten Wertes Wellen hervorruft. Ab einem gewissen Gasdurchsatz erreichen einzelne Wellenberge eine so große Höhe, dass sie als Schwall durch das Rohr geschoben werden. Die [[Pfropfenströmung]] wiederum kommt im vertikalen wie im horizontalen Rohr vor. Gaspfropfen schieben sich durch das Rohr, die Flüssigkeit umgibt sie und bedeckt die Rohrwand. Bei sehr hohen Gasdurchsätzen bildet sich eine [[Filmströmung]], auch Ringströmung genannt, aus. Die Flüssigkeit bildet nur noch einen Film an der Rohrwand. Meist strömt das Gas schneller als die Flüssigkeit (Schlupf > 1). Den äußeren Grenzfall der Zweiphasenströmung stellt die Nebel- oder [[Sprühströmung]] dar. Die Flüssigkeitstropfen sind homogen in der [[Gasphase]] verteilt.

Für ein aufwärts durchströmtes Rohr lassen sich in der Regel vier Hauptgruppen, nämlich [[Blasenströmung]], [[Kolbenströmung]], [[Filmströmung|Ringströmung]] und [[Sprühströmung]] unterscheiden.

=== Gas – Feststoff ===
Bei der [[Pneumatische Förderung|pneumatischen Förderung]] von Granulaten, Getreide, Pulver, oder der [[Entstaubung]] treten solche Strömungen auf.<ref name="Surek, Stempin">Dominik Surek, Silke Stempin: ''Technische Strömungsmechanik: Für Studium, Examen und Praxis.'' Springer-Verlag, 2017, ISBN 3658187573, S. 550.</ref>
In der [[Verfahrenstechnik]] wird diese Strömung als [[Flugstrom]] bezeichnet.

=== Flüssigkeit – Feststoff ===
Bei der [[Hydraulische Förderung|hydraulischen Förderung]] von Sand, Kies, Schlamm oder auch beim Trennen von Abfall treten solche Strömungen auf.<ref name="Surek, Stempin" />

=== Drei- und Mehrphasenströmungen ===
Bei Gas-Flüssigkeits-Reaktionen die einen festen [[Katalysator]] benötigen, oder bei Gas-Öl-Wasser-Gemischen treten solche Strömungen auf.

== Numerische Simulation ==
Um Mehrphasenströmungen zu berechnen, hat die [[Numerische Strömungsmechanik]] verschiedene Modelle entwickelt.
Modelle für '''disperse''' Mehrphasenströmungen:
* Euler-Euler Modell (jede Phase wird als ein [[Kontinuum (Mathematik)|Kontinuum]] betrachtet)
* [[Lagrange-Formalismus|Euler-Lagrange Modell]] (einzelne Partikelbeobachtung in der Strömung)
* Algebraisches Schlupf-Modell
* Euler-Granular-Modell

Modelle für '''separierte''' Mehrphasenströmungen:
{{Hauptartikel|Freie Oberfläche (Strömungslehre)}}
* [[Volume-of-Fluid-Methode]]
* [[Niveaumengenmethode]]
* [[Arbitrary Lagrangian Eulerian|Arbitrary-Lagrangian-Eulerian]]-Methode

== Literatur ==
* Heinz Brauer: ''Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmung.'' In: ''Verlag Sauerländer'', 1971.
* Lutz Friedel: ''Modellgesetz für den Reibungsdruckverlust in der Zweiphasenströmung.'' In: ''VDI-Forschungsheft.'' 572, 1975.
* Numerical models for two-phase turbulent flows, C.T.Crowe, T.R.Troutt, and J,N,Chung, Ann.Rev.Fluid Mech. 28, 1-45 (1996)
* Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries, C.W. Hirt, B.D. Nichols, Journal of Computational Physics, Bd. 39, S. 201–225, (1981)
* Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces, S. J. Osher, R. Fedkiw, Springer, New York, 2003. ISBN 0-387-95482-1
* [https://www.journals.elsevier.com/international-journal-of-multiphase-flow International Journal of Multiphase Flow]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Mehrphasenstromung}}
[[Kategorie:Strömungsart]]
[[Kategorie:Numerische Mathematik]]

Mehrphasenströmung - Versionsgeschichte

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