Diffusionsgetriebene Keimbildung an Porenkeimen in kavitierenden Strömungen

Modellierungen und numerische Simulationen kavitierender Strömungen stoßen bisweilen häufig an ihre Grenzen, da die verwendeten Kavitationsmodelle die physikalische Realität nicht genau genug abbilden können und mithilfe von Validierungsdaten kalibriert werden müssen. In den vergangen Jahren wurde daher am Institut für Fluidsystemtechnik der TU Darmstadt an axiomatischen Kavitationsmodellen geforscht, die eine präzisere Beschreibung der Vorgänge ermöglichen (vgl. Band 1 und 4 dieser Reihe). Die Modelle gehen auf die kleinsten Elemente kavitierender Strömungen, die Kavitationskeime, zurück und sind somit in der Lage, die Blasendynamik abzubilden.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die theoretische und experimentelle Untersuchung von diffusionsgetriebener Keimbildung an Porenkeimen. Es wird ein axiomatisches Keimbildungsmodell vorgestellt, dass die Relevanz des diffusiven Stofftransports für Keimbildungsvorgänge in kavitierenden Strömungen verdeutlicht. Der analysierte Vorgang ist ein zyklischer Prozess, der aus den zwei Phasen i) Wachstum eines Porenkeims durch diffusiven Stofftransport und ii) Ablösung einer Gasblase besteht. Die zwei Phasen des zyklischen Vorgangs werden separat modelliert und zu einem Gesamtmodell zusammengeführt. Das Keimbildungsmodell wird mithilfe von im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimenten validiert.

Diese wissenschaftliche Abhandlung stellt eine grundlegende Analyse der diffusionsgetriebenen Keimbildung an Porenkeimen dar und unterstreicht die Bedeutung von Stofftransportvorgängen in kavitierenden Strömungen. Vor dem Hintergrund der gefundenen Erkenntnisse muss die Rolle von Diffusion im Kontext kavitierender Strömungen neu bewertet werden.