Trenneffekte in Stoßwellen

Stromungsprozesse ermoglichen durch den Aufbau geeigneter Gradientenfelder die Entmischung der Komponenten von Gas gemischen, sofern deren MolekUle zumindest unterschiedli che Massen oder StoBquerschnitte besitzen. Das grundlegen de physikalische Verstandnis solcher Entmischungsvorgange liefert die kinetische Gastheorie 11, 371; insbesondere die Ergebnisse der Chapman-Enskog-Naherung zeigen, daB die trei benden Krafte fUr eine Entmischung die Gradienten des Druk kes und der Temperatur sind, wahrend Dichtegradienten mei stens lediglich zu einem Ausgleich fUhren, es sei denn, man nutzt in einem ProzeB die unterschiedlichen Diffusions geschwindigkeiten aus. Methoden zur Trennung von Gasgemischen mit MolekUlsorten~ die sehr kleine Massenunterschiede haben (Isotope), haben in den letzten Jahren im Zusammenhang mit der Energiewandlung zunehmend an Interesse gewonnen. Es handelt sich dabei urn Verfahren, die - abweichend von dem klassischen Gasdiffu sionstrennverfahren - aerodynamische Stromungsprozesse fUr die Trennung ausnutzen 1441. Einige dieser Verfahren, wie beispielsweise die TrenndUse 1451, haben bereits einen der art hohen Stand der Entwicklung erreicht, daB sie technisch einsatzbereit sind. Andere Verfahren, wie etwa die gegenein ander gerichteten Freistrahlen 1461, das Trennrohr 1471, das Wirbelrohr 1481, sowie die Trennung des in einen Freistrahl eindringenden Hintergrundgasgemisches (Jet-Membrane-Verf. ) 139, 401, die gekreuzten Molekularstrahlen 1491 und der auf Geschwindigkeitsschlupf basierende ProzeB der Trennung 1501, stecken noch in den Anfangen der Entwicklung; weder ihre Optimierung noch eine Abschatzung ihrer Brauchbarkeit ist moglich, da zahlreiche Phanomene in komplexen Stromungen die ser Art noch nicht genUgend verstanden werden.

1. Einleitung. - 2. Struktur eindimensionaler Stoßwellen. - 2. 1 Beschreibung der Berechnungsverfahren. - 2. 2 Die dimensionslose Form der Boltzmanngleichung. - 2. 3 Die Rankine-Hugoniot-Beziehungen als Randbedingungen. - 2. 4 Der Mott-Smith Ansatz als numerische Anfangsbedingung. - 2. 5 Die Momente der Verteilungsfunktion. - 2. 6 Ergebnisse und Diskussion. - 3. Durchkreuzen von ebenen Verdichtungsstößen. - 3. 1 Beschreibung der Berechnungsmethode. - 3. 2 Zurückführen des Charakteriatikensystems auf ein nichtlineares Randwertproblem entlang der p-Charakteristiken. - 4. Experimentelle Untersuchungen. - 4. 1 Der Niederdruckwindkanal. - 4. 2 Meßverfahren. - 4. 3 Eigenschaften der ersten Überschallzelle. - 4. 4 Entmischungseffekte im Freistrahl. - 4. 5 Experimente mit Schlitzblendenfrei strahlen. - 5. Diskussion. - 6. Literaturverzeichnis.