Auftrieb Dichte und Wasserdruck

S-Layer · Anmeldungsdatum: 24.02.2010 Beiträge: 11

Hallo zusammen,

ich habe zwei Fragen bezüglich des Auftriebs von Gas - der Einfachheithalber von Luft - in Wasser.

1. Es ist ja bekannt, dass eine große Gasblase oder sehr viel Kleine Gasblasen - wenn sie an die Wasseroberfläche kommen - die Dichte des Wassers verringern und sogar dadurch ein Schiff zum sinken bringen können (e.g. Bermudadreieck). Wie verhällt es sich aber unter Wasser? Angenommen ein U-Boot schwimmt durch eine sehr große Wolke an kleinen Gasbläschen. Verringert sich dann vorrübergehend auch der Auftrieb des U-Bootes? Ähnlich eines Luftloches beim fliegen?!

2. Wenn ja, hat diese lokale Luftbläschenwolke auch Auswirkungen auf den tatsächlichen Wasserdruck innerhalb der Wolke? Sprich, sinkt dieser vorrübergehend (es ist ja immernoch eine Wassersäule über der Wolke..)!?

Vielen Dank für jegliche Hilfe oder Denkanstöße!
S-Layer

mayap · Anmeldungsdatum: 15.12.2009 Beiträge: 301

1. Prinzipiell ja, warum sollte es auch oberflächennah (trotzdem unter Wasser, da ja sonst keine Blase existieren würde Augenzwinkern

) gelten und weiter unten nicht? Das Uboot wird genauso betroffen sein. Beim Fliegen hat das "Luftloch" noch zusätzliche fiesheiten, da das ganze ja noch ein wenig anders funktioniert.

2. Das kommt darauf an, wie genau die Blasen entstehen. Aber allgemein ist der Druck in der Blase genauso hoch wie im Wasser. Wenn die Blase aber z.B. durch eine Explosion entsteht, kann der Druck auch kurzzeitig höher sein.

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Sowas? http://de.wikipedia.org/wiki/Kavitation

S-Layer · Anmeldungsdatum: 24.02.2010 Beiträge: 11

Hey super, danke für die Antwort!

zu Punkt 2.

Angenommen es ist durch eine Explosion entstanden oder wie auch immer - müsste dann der Druck der Gasblasen den Wasserdruck der "Wassersaule" (die von oben runter drückt) nicht entgegenwirken und diese zumindest verringern oder kurzzeitig aufheben?

mayap · Anmeldungsdatum: 15.12.2009 Beiträge: 301

Nun, wenn die Gasblasen einfach so sind, dann ist da einfach ziemlich genau der gleiche Druck wie aussen rum, sonst wüprden die Gasblasen einfach kleiner oder größer werden, bis das passiert. Bei einer Explosion werden sie größer wegen eines höheren Drucks im gas, oder (zum kleinen Teil) wegen der Bewegung der Gasatome.

S-Layer · Anmeldungsdatum: 24.02.2010 Beiträge: 11

Ah klar - der Druck der Wassersäule wirkt überall gleichmäßig, außer wir haben einen intrinsischen Druck in den Wasserblasen - z.B. wie du sagst durch eine Explosion hervorgerufen.

Worauf ich hinauswollte, es aber nicht so recht formulieren konnte ist (bitte korrigiert mich falls es falsch ist):

Ist es richtig dass, wenn wir uns eine Luftblase beim Aufstieg betrachten wir hinter der aufsteigenden Luftblase eine so genannte "Wirbelschleppe" sehen von der ein gewisser Sog - wie er bei jedem Wirbel auftritt- ausgeht?. Führt dieser Sog nicht dazu, dass Luftblasen, die z.B. auch aufsteigen (z.B. direkt dahinter) durch diesen Sog zu einem gewissen Teil angesaugt/mitgezogen werden?

Falls das so ist, müsste doch ein solcher Sog auch bei nicht rein Gasförmigen Objekten (wie z.B. einem aufsteigenden Fußball) auftreten, oder?

Ich hoffe ich konnte mich halbwegs gescheit ausdrücken - aber es ist spät und Hydrodynamik ist leider noch nicht so ganz mein Fachgebiet.

Das was Google im Entferntesten dazu ausgespuckt hat was diese Diss.
http://bib.tiera.ru/DVD-015/Bork_O._Einfluss_lokaler_Phanomene_auf_den_Stofftransport_an_Gasblasen_in_Zweiphasenstromungen_%282006%29%28de%29%28152s%29.pdf

Danke für jegliche Hilfe und gn8
S-Layer

mayap · Anmeldungsdatum: 15.12.2009 Beiträge: 301

Also wenn man perfekte Kugeln annimmt, entstehen soweit ich weiss, keine Wirbel, sondern nur von unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche. Wie diese genau aussehen ist stark von den umgebungsvariablen (Tiefe, Temp, Größe, Oberflächenbeschaffenheit) ab.

Dass die Wirbel sich gegenseitig beeinflussen ist wohl richtig und auch, dass sich die Gasblasen beeinflussen.

Wie das aber alles genau aussieht, wirste wahrscheinlich nur näherungsweise oder idealisiert bestimmen können. Was willst du denn genau wissen?

S-Layer · Anmeldungsdatum: 24.02.2010 Beiträge: 11

Oh da ist noch einer so spät wach wie ich smile

Was ich mich frage ist:

Bringt man z.B. eine bestimmte Luftmenge (1L) von unten in eine Wassersäule (1m) über z.B. ein ausreichend großes Rohr, welches die Luftmenge sozusagen fast auf einmal entweichen lassen kann, so braucht man dafür eine bestimmte Menge an Energie (man drückt die Wassersäule ja um das Volumen hoch).

Nun müsste man die die selbe Menge an Energie brauchen, wenn man die selbe Menge an Luft (1L) durch ein kleines Rohr (zum Erzeugen vieler kleiner Luftblasen) von unten in die Wassersäule pumpt, oder ist das vielleicht nicht so? Die Überlegung dahinter ist, dass wenn hinter jeder kleinen Luftblase ein Sog entsteht dieser den Nachfolgenden sozusagen den Weg "erleichert".

Solche Luftblasen werden z.B. bei Fermentern verwendet.

Danke!
S-Layer

mayap · Anmeldungsdatum: 15.12.2009 Beiträge: 301

Mal davon abgesehen, dass die Reibungsverluste bei unterschiedlich dicken Rohren extrem anders sind (Radius ^4!!) Braucht man immer die gleiche Menge Energie dafür. Wenn ein Sog entsteht, der weiter unten liegende Kugeln anzieht, entsteht dieser gerade dadurch, dass die Große abgebremst wird! Dadurch stoßen die Kugeln aber beide irgendwann einmal (Wenn du einen Wasserwirbel siehst, dann siehst du, dass sich bedingt durch diesen Sog die Blasen auch mal nach unten bewegen.

Diese Wirbel erschweren den Aufstieg im Schnitt immer, da ja Kinetische Energie verloren geht. Es kann mal eine schneller oder langsamer sein, aber im Mittel geht das schlecht aus smile

Soweit ich weiss, passiert bei fermentern etwas anderes: sie ziehen mit diesen Blasen andere Stoffe mit, die sonst nicht auftreiben würden, oder?
Das ist natürlich ein Vorteil, da die Blase so und so aufsteigt, nur viel langsamer, aber mit Ladung dann smile

S-Layer · Anmeldungsdatum: 24.02.2010 Beiträge: 11

Bist du dir sicher das beide Prozesse identische Mengen an Energie benötigen?
Mir geht es nur um den Übergang von Rohr in Wassersäule (Fermenter o.ä.) (Reibungsverluste mal ignoriert). Sobald sich eine kleine Blase gelöst hat und einen Sog auf die hintere auswirkt stoßen die natürlich irgendwann zusammen im prozess des aufstiegs. Aber da sind sie ja schon von der Rohröffnung entfernt und die nächste nachfolgende Blase wurde schon angesaugt.

mayap · Anmeldungsdatum: 15.12.2009 Beiträge: 301

Ja, als einfaches Beispiel kann man sich vorstellen, dass zwischen zwei Kugeln einfach eine Art "Sogpunkt" besteht. Warum sollte dieser nur die untere Kugel anziehen? Sie zieht die obere Kugel mindestens genauso stark an, wie die untere. Wenn du eine Kette von gleich großen Blasen hast, steigen sie alle näherungsweise mit gleicher Geschwindigkeit.

Etwas genauer gesagt, entstehen ja wirbel, die sich gerade durch eine rotierende Strömung auszeichnen. Diese sind für das, was über dem Wirbel steht genau anders herum, wie das, was unter ihm ist. (Der Wirbel wird so etwas wie ein Wirbelwulst, also ein Torus, dessen Öffnung zu den Blasen zeigt, sein. Lokal kann es da geringe Unterschiede geben aufgrund unterschiedlicher Blasengrößen, aber da machen reibungseffekte (~r^4) wesentlich mehr aus.

Kurze Antwort: wieso sollte die untere Blase angezogen werden, die obere aber vom Sog ignoriert?