Blasenbildung in gasgesättigten Flüssigkeiten: Der Nachweis homogener Keimbildung

Bernd Rathke, Mai 2002

Blasenbildung in Flüssigkeiten ist im Gegensatz zur Kondensation aus der Gasphase weitgehend unverstanden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Prozess der Blasenbildung an dem binären System n-Hexadecan / Kohlendioxid untersucht. Dazu wurde die für Untersuchungen der Gasphasenkeimbildung entwickelte Nukleationspulsmethode auf die Blasenbildung übertragen und eine entsprechende Keimbildungsanlage neu aufgebaut. Die Apparatur eignet sich, Anzahldichten von Blasen im Bereich von 10² < N_V / cm³ < 10⁶ durch einen ultrakurzen Druckpuls der zeitlichen Dauer von 0.2 < ?t / ms < 0.5 zu erzeugen, mit statischer Lichtstreuung zu messen und hieraus stationäre homogene Keimbildungsraten J = N_V / ?t zu berechnen. Zu der von Keimbildungsmodellen unabhängigen Bestimmung der Keimbildungsraten unter variablen, aber definierten Bedingungen kommt die Messung des Blasenwachstums. Die Nukleationspulsuntersuchungen haben den grossen Vorteil, dass sie modellunabhängig durch Anwendung des generalisierten Keimbildungstheorems das Volumen V* des kritischen Blasenkeims liefern (25 < V* / nm³ < 30). Die Charakterisierung des eingesetzten Stoffsystems ergibt ein p(x)-Diagramm, dass bei einer Temperatur von T = 40°C, abweichend von der Literatur, neben einem flüssig-gas einen flüssig-flüssig Koexistenzbereich aufweist, dessen kritischer Druck bei 165 bar liegt. Auf der Basis der Kenntnis dieses Phasensiagramms wurden Blasenbildungsexperimente in einem Druckbereich zwischen 1 und 175 bar durchgeführt und Keimbildungsraten im Bereich von 10⁷ < J / cm^-3 s^-1 < 10¹¹ gemessen. Die ermittelten Keimbildungsraten lassen auf ein völliges Versagen der klassischen Keimbildungstheorie für die Keimbildung von Blasen schliessen.