Adiabate Gas-Flüssigkeits-Strömungen

Zusammenfassung

Die erste historisch belegte Anwendung eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches geht auf die Zeit vor Christi Geburt zurück. Archimedes berichtet von einer Dampfkanone, bei der Stahlkugeln mittels eines expandierenden Dampf-Wasser-Gemisches durch ein Kupferrohr gedrückt wurden und so verschossen wurden. Aus wenig späterer Zeit stammt auch die Erfindung der „Dampfkugel”, einer beheizten mit Wasser gefüllten Bronze-Hohlkugel mit einer kleinen seitlichen Öffnung, durch die Dampf mit hoher Geschwindigkeit austrat. Die Rückstoßkraft — der Impuls — des Dampfes brachte das Gefäß, wie Heron von Alexandria berichtet, in Drehung. Für die Auslegung und den Betrieb dieser „Maschine” wären eigentlich schon eine ganze Reihe ingénieur- und naturwissenschaftlicher Kenntnisse über die Gas-Flüssigkeits-Strömung notwendig gewesen. Der Wärmeübergang von der heißen Wand an das Wasser und der Siedevorgang im Gefäß bestimmen die für den Drehimpuls notwendige ausströmende Dampf menge. Der Druck im Gefäß stellt sich ein als Gleichgewicht zwischen ausströmender und durch Sieden nachgelieferter Dampfmenge. Bei hohem Wasserstand im Gefäß steht ein Gemisch aus Dampfund Flüssigkeit an der Ausströmöffnung an, was je nach Druck im Behälter Schallgeschwindigkeit erreichen kann, die in sehr komplizierter Weise nicht nur von der Siedetemperatur, sondern auch von der Zusammensetzung des Gemisches und von der konstruktiven Gestaltung der Düse abhängt.