Taylor-Couette Reaktoren (TCRs) zeichnen sich durch eine Axialströmung mit zusätzlicher Drallkomponente zwischen zwei konzentrischen Zylindern aus und bergen großes Potential für Misch- und Trennprozesse von partikelbeladenen Strömungen. Die Partikeldynamik in solchen Systemen unterliegt dem Einfluss des Strömungszustandes, Gravitations- und Zentrifugalkräften sowie Wechselwirkungen der Partikel untereinander und mit dem Fluid. Jedoch sind diese Effekte nicht vollständig verstanden und die Partikeldynamik in TCRs daher kaum zu antizipieren. In der vorliegenden Arbeit werden die Phänomene daher separat untersucht, um ein Wissensfundament für die gezielte Entwicklung von TCRs zum Mischen und Trennen von Suspensionen zu schaffen.

Da laminare Strömungen Potential für die Partikelfraktionierung haben, während turbulente Strömungen ein Mischen von Partikeln fördern, ist Kenntnis des Strömungszustandes in TCRs Vorrausetzung um die Prozessparameter einzustellen. Es wird daher eine vergleichende Studie des Stabilitätsverhaltens bei rotierendem Außen- und Innenzylinder in Bezug auf Drall und Krümmungsparameter durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass das Stabilitätsverhalten bei rotierendem Innen- sowie Außenzylinder stark vom Krümmungsparameter abhängt. Während Rotation des Innenzylinders generell einen destabilisierenden Effekt hat, zeigt sich, dass sich eine Aussenzylinderrotation mit steigendem Drall in Abhängigkeit vom Krümmungsparameter sowohl destabilisierend als auch stabilisierend auf die Strömung auswirken kann.

Die Charakterisierung von Suspensionen mithilfe optischer Messtechniken birgt großes Potenzial, ist jedoch besonders in kleinen Geometrien wie dem Spalt eines TCRs eine große Herausforderung. In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden entwickelt um Astigmatismus Particle Tracking Velocimetry (APTV) auf dilute, semi-dilute, mono- und polydisperse Suspensionen anzuwenden. Mithilfe dieser Methoden, wird die Dynamik von mono- und tridispersen Suspension in rechteckigen Kanalströmungen bis zu Volumenfraktionen von 9.1% untersucht. Dabei wird gezeigt, dass die Interaktion von kleinen und großen Partikeln in Abhängigkeit von Reynoldszahl, Volumenfraktion und Kanalhöhe, zu signifikant unterschiedlichen Konzentrationsverteilungen in tridispersen und monodispersen Suspensionen führen kann.

Während Partikelinteraktionen generell bei höheren Volumenfraktionen auftreten, ist bekannt, dass dilute Suspensionen in rotierenden, horizontal ausgerichteten Zylindern bandartige Strukturen ausbilden können. In dieser Arbeit, wird untersucht, wie ein zusätzlicher Innenzylinder, welcher beim TCR vorliegt, diese Strukturbildung beeinflusst. Zur Vereinfachung wird dazu die Strömung bei Festkörperrotation ohne zusätzliche Axialströmung untersucht. Es werden verschiedene Partikelstrukturen entdeckt, darunter auch Bandstrukturen die periodisch in Axialrichtung aber auch welche die periodisch in Azimutalrichtung sind. Es wird gezeigt, dass der Innenzylinder die Partikeltrajektorien beeinflussen und zu einer Stabilisierung der Bandstrukturen beitragen kann.