English Title: Investigation of the influence of surface films on the air-side controlled gas exchange at the Heidelberg Aeolotron

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PDF, German - main document Download (6MB) | Lizenz: Untersuchung des Einflusses von Oberflächenfilmen auf den luftseitig kontrollierten Gasaustausch am Heidelberg Aeolotron by Patkai, Lena M. underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

Abstract

Der Einfluss der beiden unlöslichen monomolekularen Filme Hexadecanol und Olivenöl, sowie dem löslichen Tergitol 15-S-12 (5 ppm) auf den luftseitig kontrollierten Gasaustausch wurde untersucht. Alle drei Filme hemmten die Wellenbildung bei mittleren Windgeschwindigkeiten bis etwa 8 m/s. Invasionsexperimente mit den flüchtigen Stoffen Pyrazin und 2,5-Dimethylpyrazin, bei denen der wasserseitige Transferwiderstand vernachlässigbar ist, wurden durchgeführt. Zum Vergleich wurde gleichzeitig Anisol verwendet, dessen Transferwiderstand hauptsächlich im Wasser auftritt. Die Gaskonzentrationen wurden mithilfe von UV-Spektroskopie in einer Absorptionsstrecke von ca. 130 cm gemessen. Trotz der Unterdrückung der Wellenbildung reduzierte sich die luftseitige Transfergeschwindigkeit nur um etwa 20 % im Vergleich zur Windgeschwindigkeit, was als obere Schranke der Reduktion zu werten ist, da die Schubspannungsgeschwindigkeit ebenfalls reduziert sein könnte. Im Gegensatz dazu wurde die wasserseitige Transfergeschwindigkeit von Anisol mindestens um den Faktor zwei verringert. Dies deutet darauf hin, dass der Gasaustausch im Wasser nicht direkt durch den monomolekularen Film behindert wird, sondern durch die Reduktion der oberfl¨achennahen Turbulenz. Zudem wurde der Einfluss von Eisschollen, simuliert durch schwimmende Moosgummiplatten, auf die Gasaustauschrate untersucht, wobei eine der Oberflächenbedeckung entsprechende Reduktion festgestellt wurde.

Translation of abstract (English)

The influence of the insoluble monomolecular films -hexadecanol and olive oil, as well as the soluble Tergitol 15-S-12 (5 ppm), on air-side controlled gas exchange was investigated. All three films suppressed wave formation at average wind speeds of up to about 8 m/s. Invasion experiments were conducted with the volatile substances pyrazine and 2,5-dimethylpyrazine, for which the water-side transfer resistance is negligible. For comparison, anisol was simultaneously used, whose transfer resistance primarily occurs in water. The gas concentrations were measured using UV spectroscopy with an absorption path of approximately 130 cm. Despite the suppression of wave formation, the gas-side transfer velocity was reduced by only about 20 % compared to the wind speed, which is considered an upper limit of the reduction, as the shear stress velocity might also be reduced. In contrast, the water-side transfer velocity of anisol was decreased by at least a factor of two. This suggests that gas exchange in water is not directly hindered by the monomolecular film but is instead affected by the reduction in near surface turbulence. Additionally, the influence of ice floes, simulated by floating foam rubber discs, on the gas exchange rate was investigated, revealing a reduction corresponding to the surface coverage.