Weber-Zahl

Die Weber-Zahl ist eine dimensionslose Kennzahl aus dem Bereich der Strömungsmechanik. Sie beschreibt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Oberflächenkräften innerhalb zweiphasiger Strömungen.

Anwendung findet die Weber-Zahl bei der Betrachtung von Flüssigkeitsstrahlen, Blasen- und Tropfenbildung. Ihre Größe ist ein Maß für die Stabilität der einen Phase, gegenüber der anderen.

Je größer sie ist, desto instabiler ist die Phase. Die Deformationskräfte auf Tropfen nehmen mit steigender Weber-Zahl zu und die Form eines Tropfens ähnelt immer weniger einer idealen Kugelform. Flüssigkeitsstrahlen zerfallen leichter bei höheren Weber-Zahlen

Überschreitet die Zahl den Wert eins, zerfallen Flüssigkeitsstrahlen oder Tropfen, die sich an einer freien Oberfläche befinden.

Formelsammlung:

(1) $\begin{equation*} \text{We}~= \frac{\rho \cdot v^2 \cdot L}{\sigma} \end{equation*}$

$\begin{equation*} L: \text{Charakteristische L{\"a}nge } \left[ \si{\meter} \right] \end{equation*}$

$\begin{equation*} v: \text{Relative Str{\"o}mungsgeschwindigkeit } \left[ \si{\meter \per \second} \right] \end{equation*}$

$\begin{equation*} \rho : \text{Dichte des Fluids } \left[ \si{kg \per \meter\cubic} \right] \end{equation*}$

$\begin{equation*} \sigma : \text{Oberfl{\"a}chenspannung } \left[ \si{N \per \meter} \right] \end{equation*}$

Anleitung

Die Weber-Zahl wird nach der Formel aus der Formelsammlung berechnet.
Die Berechnung kann wahlweise durch Vorgabe der Stoffdaten oder durch Auswahl eines Stoffes aus der Datenbank erfolgen.
Bei Auswahl eines Stoffes aus der Datenbank sind zusätzlich Druck und Temperatur anzugeben, damit die entsprechenden Stoffdaten ermittelt werden können. Zur Verfügung stehen die Stoffe Wasser, Luft, Kohlendioxid, Methan, R134a, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.

Die charakteristische Länge bezieht sich auf den Phasenquerschnitt und wird beispielsweise durch den Tropfen- oder Blasenquerschnitt ausgedrückt.

Alle Größen sind in den angegebenen Einheiten einzusetzen.

Quellen:

VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen: VDI-Wärmeatlas (11. Auflage), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013
Saleh, Jamal M.: Fluid Flow Handbook, McGravil-Hill Handbooks, 2002
Bohl, Elmendorf: Technische Strömungslehre, Vogel-Fachbuch, 2005

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