Kavitation und Blasendynamik

Unter Kavitation versteht man die Entstehung und Implosion von Hohlräumen in Flüssigkeiten. Wenn der hydrostatische Druck aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeiten unter einen kritischen Wert absinkt, entsteht Kavitation. Der hydrostatische Druck liegt dann im Bereich des Dampfdrucks der Flüssigkeit. Wasser verdampft bei einem Normaldruck von 1013,25 mbar bei 100° C. Bei einer Temperatur von 20° C verdampft Wasser bei Absolutdrücken kleiner 23,37 mbar. Der entstandene Wasserdampf und die Blasen werden mit der Strömung in Gebiete höheren Drucks transportiert und zerfallen dort wieder schlagartig.

In den meisten Fällen ist Kavitation unerwartet und gefährlich für Maschinen. Insbesondere in Pumpen, wo Kavitation so weit wie möglich zu vermeiden ist, kann Kavitation zur Zerstörung des Laufrads der Pumpe führen. Andererseits wird heutzutage die Anwendung von Kavitation zur Desinfektion untersucht. Durch Implosionen der Blasen entstehen sehr große Kräfte mit denen Bakterienkeime zerstören werden können. In Abbildung 1 ist die Bildung von Blasen in einer Düse dargestellt.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ist ein Kavitationsprüfstand in den Versuchshallen der TU Kaiserslautern installiert worden. Hier ist es möglich, verschiedene Düsen einzusetzen, um unterschiedliche Phänomene zu untersuchen. Der Prüfstand wird zur Grundlagenforschung benutzt, um weitere Forschung zur Desinfektion von Bakterien zu ermöglichen.