Universiẗat, Diss., 2006--Würzburg.

Der Untersuchung des Strömungsverhaltens in einer Spiralstrahlmühle kommt auf Grund ihrer Komplexität besondere Bedeutung zu. Seit der Entwicklung der Strahlmühlen wird versucht, die Abläufe während des Zerkleinerungsprozesses genau zu beobachten und zu analysieren. Als Kontrollinstrument der Betriebszustände in der Mühle hat sich die Aufzeichnung des statischen Drucks etabliert. Der statische Druck ist auf gleichem Radius unabhängig von der Position des Druckaufnehmers und damit auch unabhängig vom Einfluss der Treibstrahlen über der Wandschicht fast konstant. Weitere Untersuchungen über dem Radius der Mahlkammer bringen den Beweis, dass die aufgenommene radiale Druckkennlinie vom äußeren Mahlkammerrand in Richtung des Kammermittelpunktes abfällt. Die Aufnahme des zur Geschwindigkeitsberechnung benötigten Gesamtdrucks erfolgt über ein Pitot-Rohr. Dazu muss zunächst ein für die Mühle geeignetes Pitot-Rohr angefertigt werden. Das Pitot-Rohr mit einer Kopflänge von 13 mm und einem Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser von 0,73 liefert in Vergleichsmessungen die höchsten Gesamtdruckwerte und wird daher für die weiteren Versuche eingesetzt. Um den Innenraum der Mühle so vollständig wie möglich zu erfassen, werden wesentliche Einflussgrößen, wie Messposition und Eintauchtiefe des Pitot-Rohres sowie definierte radiale Positionen in der Mahlkammer schrittweise variiert. Dabei erfolgt jeweils die Ermittlung des optimalen Anströmwinkels des Pitot-Rohres. Versuche mit unterschiedlichen Eintauchtiefen des Pitot-Rohres in die Mahlkammer zeigen ebenfalls einen Druckanstieg, sobald das Messrohr in Nähe der Treibstrahldüsen ausgerichtet wird. Je weiter sich das Rohr von der Treibstrahldüse entfernt, desto niedriger sind aufgenommener Gesamtdruck und die daraus resultierende Geschwindigkeit. Die berechneten Geschwindigkeitswerte lassen sich mit Hilfe des Programms MATLAB® graphisch in Strömungsprofilen darstellen. So können besonders übersichtlich Richtung und Geschwindigkeit der lokalen Strömung in Abhängigkeit vom Radius der Mahlkammer und Position des Pitot-Rohres veranschaulicht werden. Von großer Bedeutung sind die Treibstrahlebenen sowie angrenzende Bereiche ober- bzw. unterhalb der Treibstrahlebenen, da hier ein symmetrisches Strömungsverhalten beobachtet werden kann. Diese Symmetrie wird jedoch in den nachfolgenden Ebenen, bedingt durch das Tauchrohr, durchbrochen. Der charakteristische Verlauf einer Spiralströmung kann mit Hilfe der durchgeführten Druckmessungen bestätigt werden. Das geläufige “Drei-Ebenen-Modell“ von Kürten und Rumpf zur Darstellung der Strömungsverläufe in der Strahlmühle kann an Hand der gewonnenen Erkenntnisse nicht bestätigt werden. Die vermuteten Rückströmungen lassen sich trotz Ausrichtung des Pitot-Rohres in verschiedenen Eintauchtiefen sowie an veränderten Positionen der Mahlkammer nicht beobachten. Für die Versuche mit Pulverbeladung der Mühle ist es notwendig, zunächst einen konstanten Feststoffdurchsatz zu bestimmen, bei dem stabile Betriebsbedingungen der Strahlmühle gewährleistet sind. Dazu werden Mahlvorgänge mit veränderter Förderrate des Gutes durchgeführt. Es zeigt sich, dass bei einer Förderrate von 3,49 g/min die statischen Druck- und damit Strömungsverhältnisse über eine Messdauer von 10 Minuten stabil sind. Mit dieser Einstellung werden anschließend statische Druckverläufe in Abhängigkeit von der Position des Druckaufnehmers aufgezeichnet. Ein Einfluss der Treibstrahlen auf die statischen Druckwerte ist auch hier nicht erkennbar, wie bereits in den Untersuchungen ohne Feststoffbeladung bewiesen. Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung und Auswertung mittels RRSB-Netz dient dabei zur Überprüfung eines erfolgreichen Zerkleinerungsprozesses. Je höher der angelegte Mahldruck, desto feinkörniger und enger verteilt ist das erhaltene Mahlprodukt. Die Aufzeichnung des Gesamtdrucks bei Feststoffbeladung verläuft hingegen nicht erfolgreich. Durch die Ausrichtung in Strömungsrichtung setzt sich das Pitot-Rohr schnell mit Pulverpartikeln zu, die sich trotz regelmäßiger Freiblasstöße nicht entfernen lassen. Es treten starke Druckschwankungen und zahlreiche Strömungsinstabilitäten auf, die eine reproduzierbare Gesamtdruckerfassung selbst über eine kurze Messdauer und damit eine genaue Berechnung der Geschwindigkeit nicht erlauben. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Messungen mittels Pitot-Rohr eine geeignete Methode zur Ermittlung des Gesamtdrucks in reinen Gasströmungen darstellen. Aus diesen Messergebnissen kann der Strömungsverlauf in der Luftstrahlmühle wiedergegeben werden, der dem einer Spiralströmung exakt entspricht. / Investigations of the flow in a spiral jet mill demand particular importance due to its complexity. Since the development of these mills began, numerous studies have aimed at improving understanding of flow processes during particle comminution. Monitoring the static pressure represents a well suitable method of controlling operating conditions in the mill. easily be calculated using the “compressible Bernoulli Equation”. Several experiments indicate that the static pressure remains nearly constant over the same jet mill radius and is dependent neither on the position of the pressure transducer nor on the influence of the jets. Further investigations of the static pressure against the radius prove the pressure decreases from circumferential radii towards the middle of the milling chamber, as expected for spiral jet streams. Recording total pressure values for subsequent calculating flow velocities requires a pitot tube. Accordingly, an appropriate pitot tube for the jet mill has to be constructed. The pitot tube with a tip length of 13 mm and a ratio of inner to outer diameter of 0,73 provides the highest total pressure data in comparative tests. Hence it will be used in the following research. Evaluating the total pressure in inner planes of the jet mill as completely as possible, essential parameters such as position and immersion depth of the pitot tube as well as defined radii of the milling chamber are varied step by step. At each measuring point the optimal direction angle of the probe has to be explored carefully. Experiments run with different immersion depths of the pitot tube in the milling chamber also show pressure data increasing when the probe is aligned near the jet nozzles. The further the probe is removed from the jet nozzle the lower are the monitored total pressure and the resultant velocity. With the help of the program MATLAB® the calculated velocity data are visualised graphically as stream profiles. Thus direction and velocity of the local flow can be illustrated particularly clearly subject to the radius of the milling chamber as well as to the position of the pitot tube. Appearing of symmetric flow properties the nozzle plane itself as well as following planes above and below this plane, respectively, demand great importance. Because of the classification tube this symmetric flow behaviour cannot further be detected in adjacent planes. These pressure measurements apparently confirm the typical profile of a spiral jet stream. Based on the measured data, the common “Drei-Ebenen-Modell” by Kürten and Rumpf describing flow processes in a jet mill cannot be confirmed. The backstreaming in the jet nozzle plane proposed in this model is not observable not even by placing the probe at different immersion depths and modified positions in the milling chamber. It is then necessary to establish a constant feed rate guarantying stable flow conditions while loading the jet mill with solid material. To this end several comminution processes are carried out with varying powder supply at different settings. Over a period of 10 minutes a feeding rate of 3,49 g/min leads distinctly to stable pressure and resultant stream conditions. With this setting all further static pressure profiles are recorded while the position of the pressure transducer is varied. An influence of the jet nozzles on the static pressure values does not become apparent as already demonstrated in preceding tests without feed. When the milling gas pressure is raised, the static pressure at circumferential radii also increases linearly. Hereby the determination of particle size distributions and analysis by the use of a RRBS-Netz serves as a check for successful grinding processes. Comparing as well location and dispersion parameters as medians of the ground material indicates that the higher the adjusted milling gas pressure is, the finer and tighter-distributed is the received comminution product. In contrast to these static pressure measurements, it is not possible to monitor total pressure profiles without difficulties. Aligning the pitot tube directly into the gas-solid stream causes fast blocking of the probe´s tip with fine particles. In spite of pulsating air blasts the pitot tube cannot be freed from this clogging. Neither an increase of the milling gas pressure nor the purgation gas pulsing for shortened-time intervals have cleaning effects on the probe. The appearance of enormous pressure fluctuations and high flow instabilities do not enable reproducible measurements of the total pressure even over a short length of time nor of correct calculations of local velocities. All in all the pitot tube represents an appropriate method of evaluating total pressure values without particle load. The measured data render stream profiles for every plane of the jet mill, each corresponding exactly to a spiral stream profile.