Blasenbildung in gesättigten Fluiden

Tobias Foster, Oktober 2001

Um die Keimbildung in Flüssigkeiten, die für die Erzeugung großer Porendichten in geschlossenzelligen Schäumen eine wesentliche Rolle spielt, besser verstehen zu können, wurde die Blasenbildung am Modellsystem n-Hexadecan-CO₂ bei einer Temperatur von 40 °C und Drücken von 10-165 bar untersucht. Dazu wurde zunächst das Phasenverhalten durch Analyse der koexistierenden Phasen bestimmt. Anschließend wurde in einer Druckzelle, in der zwei Phasen im Gleichgewicht vorlagen, durch eine schnelle Entspannung mit Expansionsraten von einigen 100 bar/s eine Übersättigung in der dichteren, n-Hexadecan-reichen Phase erzeugt. Hierdurch wurde die Keimbildung von CO₂-Blasen induziert und anschließende Blasenbildung mittels der Messung der Durchlichtintensität als Funktion der Zeit verfolgt. Im Laufe des Blasenwachstums nimmt diese wegen der Streuung des Lichts an den Domänen der neu gebildeten Phase schlagartig ab. Der Druck zum Zeitpunkt des beginnenden Intensitätsabfalls wurde als die zur Blasenbildung notwendige Druckabsenkung, die kritische Übersättigung Δp*, definiert und aufgezeichnet. Es wurden drei Regime der Blasenbildung gefunden, und zwar ein Bereich homogener Keimbildung im Koexistenzgebiet von Flüssigkeit und Gas bei Ausgangsdrücken 70 < p₀/bar < 97 mit kritischen Übersättigungen 1 < Δp*/bar < 50, ein Bereich heterogener Keimbildung bei niedrigen Drücken 10 < p₀ /bar < 70 (10 < Δp*/bar < 50) und ein Regime homogener Keimbildung im flüssig-flüssig-Koexistenzgebiet bei p₀ > 97 bar mit relativ niedrigen kritischen Übersättigungen (Δp* < 10 bar), aber extrem hoher Ausscheidungsgeschwindigkeit.