Pinch-Effekt (Strömungslehre)

Als Pinch-Effekt (engl.: to pinch = kneifen) wird ein Phänomen aus der Strömungslehre bezeichnet, das unter anderem in der Membrantechnik von Bedeutung ist.

Mark C. Porter vermutete als erster, dass der sog. Pinch-Effekt (mit unter auch Tubular Pinch Effekt) für den Rücktransport abgetrennter Partikel von der Membran in die Kernströmung verantwortlich ist. 1956 wurde von G. Sergé und A. Silberberg bei der Arbeit mit verdünnten Suspensionen kugelförmiger Partikel in Rohrleitungen erstmals dieser Effekt nachgewiesen. Beim Durchströmen selbiger wanderten die Partikel scheinbar weg von Rohrwand und Rohrachse und erreichten ein Gleichgewicht in einer exzentrischen radialen Position. Ihm liegt folgende Beziehung zu Grunde:

Radiale Verteilung der Partikelkonzentration c in einem durchströmten Rohr

$v_\text{p}=0{,}17 \cdot w^* \cdot Re \cdot {\left( \frac{d_\text{p}}{d_\text{T}} \right)} ^{2{,}84} \cdot \frac{2r}{d_\text{T}}\cdot \left(1 - \frac{r}{r^*}\right)$

Mit:

v_p … Radiale Geschwindigkeitskomponente eines Partikels

d_T … Rohrdurchmesser

d_p … Partikeldurchmesser

r ^* … Gleichgewichtsradius

w ^* … Mittlere Strömungsgeschwindigkeit

Re … Reynolds-Zahl

r … Radius

Dieser Effekt ist in der Membrantechnik bei Cross-Flow-Filtrationen und vor allem bei der Dialyse von Bedeutung. Er spielt besonders bei Partikeln ab einem Durchmesser von 5 µm und laminaren Strömungsverhältnissen eine Rolle und verlangsamt den Prozess der Filterkuchen Bildung, was die Standzeiten verlängert und die Filtrierleistung auf Dauer hoch hält.

Literatur

• Munir Cheryan: Handbuch Ultrafiltration. B. Behr's Verlag GmbH&Co, 1990, ISBN 3-925673-87-3.
• Meyers Lexikon online 2.0
• Siegfried Ripperger: Berechnungsansätze zur Crossflow-Filtration. In: Chemieingenieurtechnik. 65, Nr. 5, 1993, S. 533-540, doi:10.1002/cite.330650506.
• G. Segré, A. Silberberg: Behaviour of Macroscopic Rigid Spheres in Poiseuille Flow. Part 1. Determination of Local Concentration by Statistical Analysis of Particle Passages Through Crossed Light Beams. In: Journal of Fluid Mechanics Digital Archive. 14, 1962, S. 115-135.
• G. Segré, A. Silberberg: Behaviour of Macroscopic Rigid Spheres in Poiseuille Flow. Part 2. Experimental Results and Interpretation. In: Journal of Fluid Mechanics Digital Archive. 14, 1962, S. 136-157.