Gase, Aerosole, Tropfen und Partikel in stehenden Ultraschallfeldern: Eine Untersuchung zur Anreicherung schwerer Gase, Verdampfung levitierter Tropfen, Kristall- und Partikelbildung

Tuckermann, Rudolf

doi:10.24355/dbbs.084-200511080100-604

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Gase, Aerosole, Tropfen und Partikel in stehenden Ultraschallfeldern : Eine Untersuchung zur Anreicherung schwerer Gase, Verdampfung levitierter Tropfen, Kristall- und Partikelbildung

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Die Anreicherung schwerer Gase in stehenden Ultraschallfeldern bei 20 kHz und Schalldruckpegeln von 165-175 dB wurde untersucht und eine theoretische Interpretation des Effekts gegeben. Aus Beobachtungen von Verdampfungsprozessen akustisch levitierter Tropfen mit Hilfe eines CCD-Kamerasystems und der IR-Thermographie wurden IR-Emissionskoeffizienten, Verdampfungstemperaturen und –konstanten sowie binäre Gasdiffusionskoeffizienten von reinen Lösungsmitteln und Lösungsmittelgemischen bestimmt. Unterschiedliche Kristallisationsmechanismen bei der Tropfenverdampfung gesättigter Salzlösungen konnten beobachtet und ein Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von monomolekularen Tensidfilmen zur Verdampfungshemmung an der Grenzschicht Wasser/Luft auf akustisch levitierten Tropfen implementiert werden. Sekundäre Partikelbildung durch akustische Agglomeration in stehenden Ultraschallfeldern wurde für Wassernebel, Zigarettenrauch und Eisaerosol nachgewiesen. Untersuchungen zum Einfluss stehender Ultraschallfelder auf die primäre Bildung von Wasserpartikeln aus der übersättigten Gasphase wurden in einer neu entwickelten, temperatur- und druckvariablen Messzelle mit Hilfe von FTIR-Spektrometrie durchgeführt.

The trapping of heavy gases in stationary ultrasonic fields has been investigated at 20 kHz and sound pressure levels of 165-175 dB. A first theoretical interpretation of the effect is given. The evaporation of acoustically levitated droplets was monitored using a CCD-camera and an IR-thermography system. IR-emission coefficients, evaporation temperatures and evaporation constants, as well as binary gas diffusion coefficients for several pure and binary solvents were evaluated from these measurements. Different crystallisation mechanisms have been observed during the evaporation of acoustically levitated droplets of saturated electrolytes. A new technique for the generation and characterisation of mono-molecular films which inhibit evaporation at the water-air interface of acoustically levitated droplets has been implemented. Secondary particle formation in stationary ultrasonic fields has been observed in the case of water fog, cigarette smoke and ice aerosols. The influence of stationary ultrasonic fields on the primary production of particles from supersaturated water vapour has been investigated in a newly developed cooling cell by FTIR-spectroscopy.