Visualisieren des Mikro- und Makromischens mit Hilfe zweier fluoreszierender und chemisch reagierender Farbstoffe

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Der Zusammenhang zwischen dem Strömungsfeld bzw. den Deformationsgeschwindigkeiten einzelner Fluidelemente mikroskopischer Abmessungen einerseits und der Zusammensetzung flüssiger Gemische im molekularen Maßstab andererseits soll experimentell untersucht werden. Hierzu werden zwei miteinander mischbare Flüssigkeiten eingesetzt, in denen fluoreszierende und chemisch reagierende Komponenten enthalten sind. Der eine Farbstoff ist inert und dient als Indikator für das Makromischen. Der andere Farbstoff reagiert mit seiner Umgebung und macht somit die Vermischung auf molekularer Ebene sichtbar. Mit Hilfe lokal und zeitlich hoch auflösender optischer Messmethoden, der Laserinduzierten Fluoreszenz und der Laser-Doppler-Anenometrie, werden die Vermischung der Farbstoffe sichtbar gemacht und die Geschwindigkeiten vermessen. Die Experimente erfolgen zunächst in einem Rührbehälter, der mit einem Scheibenrührer ausgestattet ist. Dabei werden an unterschiedlichen Orten des Behälters, welche sich in den Deformationsgeschwindigkeiten unterscheiden, die zeitveränderlichen Geschwindigkeiten und Konzentrationen gemessen. Die experimentellen Ergbenisse werden mit theoretischen Ergebnissen zum Mischen im molekularen Maßstab verglichen, welche mit Hilfe einer Modellvorstellung auf numerischem Wege berechnet werden. Letztere dient dazu, aus bekannten Deformationsgeschwindigkeiten und der bekannten Reaktionskinetik der Farbstoffe die Gemischzusammensetzung im molekularen Maßstab zu berechnen. Die lokalen, auf unterschiedlichem Wege zu definierenden und betrieblich angewendeten Vermischungsgrade können so vorhergesagt werden