Experimentelle Untersuchung des Bewegungsverhaltens von Einzeltropfen und Tropfenpaaren unter Einfluss von aerodynamischen und mehrdimensionalen mechanischen Kräften

Einer Tropfenbewegung kommt in vielen technischen Anwendungen eine besondere Bedeutung zu. So kann ein bewegter Tropfen je nach Anwendungsfall gewünscht, z.B. bei der Dosierung von Mikrofluiden, oder aber auch ungewünscht, bspw. im Bereich sensibler messtechnischer Instrumente, sein.

Ein Tropfen lässt sich dabei durch mehrere Mechanismen in den Bewegungszustand überführen. Neben einer Anströmung können ebenso unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten als auch Vibrationen zum Einsetzen der Bewegung führen. In der Realität treten diese Mechanismen selten allein auf; in den meisten Fällen führt eine Kombination der Effekte zu einer Tropfenbewegung. Die Wechselwirkung mehrerer gleichzeitig agierender Mechanismen ist bis zum jetzigen Zeitpunkt nicht vollständig erforscht.

Diese Arbeit schließt einen Teil der Forschungslücke, indem die Kombination aus zwei simultan wirkenden Mechanismen untersucht wird. Im Speziellen wird der Fokus auf die Überlagerung einer Anströmung und Vibration gelegt. Dabei wird der Forschungsfrage nachgegangen, inwiefern eine überlagerte Vibration die zum Ablösen eines Tropfens benötigte kritische Anströmgeschwindigkeit beeinflusst.

Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass durch die Überlagerung einer eindimensionalen Schwinganregung mit einer Anströmung ein deutliches Herabsenken der für die Einleitung einer Tropfenbewegung benötigten kritischen Anströmgeschwindigkeit beobachtet werden kann. Dabei ist die geringste kritische Anströmgeschwindigkeit abhängig von der Anregungsfrequenz sowie der Anregungsrichtung der Vibration in Relation zur Strömungsrichtung.
Wird dem angeströmten Tropfen eine zweidimensionale Schwinganregung überlagert, so ist zusätzlich ein Einfluss des Phasenversatzes beider Anregungsquellen zueinander messbar.