Bildungsdynamik von Heteroaggregaten in der dispersen Phase – Modellierung, Simulation und Experimente
Projektleitung:
Prof. Dr. Sebastian Kaiser
Universit?t Duisburg-Essen
Dr.-Ing. Iren?us Wlokas
Universit?t Duisburg-Essen
Heteroaggregate sind Partikelkomposite aus zwei oder 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 Phasen. Das Mischen von Aerosolen, entweder ?kalt“ aus Pulvern oder direkt aus dem Produktstrom der Gasphasensynthese, ist eine m?gliche Herstellungsroute. Im Fall von Nanopartikeln ist die Beobachtbarkeit im Prozess durch deren Gr??e limitiert, und als disperse Phase sind ihre Transportkoeffizienten eine Herausforderung für die Simulation.
Das Projekt untersucht das Mischen von Aerosolstr?men und die anschlie?ende Heteroaggregation von Nanopartikeln in Str?mungsexperimenten mit laserdiagnostischen Verfahren sowie in numerischer Simulation des Transports und der Partikeldynamik.
Um die physikalischen Zusammenh?nge n?her zu untersuchen entwickeln wir (i) optisch bildgebende in situ Diagnostik zur quantitativen Bewertung der Mischungsqualit?t und der Entwicklung der Heteroaggregate sowie (ii) Modelle von Transport, Mischung und Partikeldynamik. Die Methoden und Modelle müssen einen sehr breiten Skalenbereich abdecken: Konvektion, turbulente Mischung und Diffusion (oft auch als Makro-, Meso- und Mikromischung bezeichnet). Die Experimente liefern Validierungsziele für Modellentwicklung und Simulation, w?hrend komplement?re Simulationen Einblicke in messtechnisch unzug?ngliche Skalen und Gr??en erlauben. Die untersuchte Aerosolstr?mung ist ein koaxialer Strahl, beladen mit jeweils einer Partikelsorte. In der ersten Projektphase ist der Strahl laminar mit einem reproduzierbaren Wirbelring (im Experiment erzeugt durch eine periodische Modulation des Zuflusses durch einen Lautsprecher). Forschungsgegenstand sind sowohl die Mischung beider Gasphasenkomponenten als auch der Aerosolstr?me und die damit verbundene Heteroaggregation in ihrem r?umlich-zeitlichen Verlauf im sich entwickelnden Wirbelring.
Der Mischungsbruch wird in quantitativer Laser-Lichtschnitt-Bildgebung gemessen durch Fluoreszenz gasf?rmiger Markermoleküle im Gasstrahl. Die Partikel bestehen aus photoaktiven, anorganischen Stoffen (Phosphore), so dass ihre Anzahldichte stoffspezifisch durch Photolumineszenz abgebildet werden kann. Die Untersuchung der Heteroaggregation wird mit einem neuen Verfahren untersucht, das auf dem durch Laser-Heizen angeregten W?rmeübergang von kleinen Ru?partikeln auf das photolumineszente Tr?gerpartikel basiert. Die Simulationen basieren auf der finite-Volumen-Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen für die disperse Phase und die Gasphase. Die Str?mungsgleichungen werden mit der Populationsbilanzgleichung (PBE) gekoppelt gel?st. Das Projekt untersucht 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育ere Ans?tze zur numerischen L?sung der PBE: Momenten-Methoden, sektionale Methoden und stochastische Verfahren. Neue Ans?tze werden entwickelt, um die gro?e Skalenbreite in der Partikeldiffusion und ihre Wechselwirkung mit der Partikeldynamik zu beherrschen.