Aktuelle Forschungsprojekte

Image Apparatur und Verfahren zur Degradationsprüfung
Image Tribologische Untersuchungen im System Öl-Kältemittel-Werkstoff
Image Tieftemperatur-Materialprüfkammer
Image Bewertungsverfahren für Systeme mit Sekundärluft und Raumwirkung
Image ZeroHeatPump
Image Untersuchung von Kühlsolen
Image Verbundvorhaben Öl-Effiziente Kältesysteme – Schmierstoffwahl für Kälteanlagen unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz
Image Heliumgewinnung aus Erdgas
Image Entwicklung eines kryogenen magnetbasierten Luftzerlegers
Image Primäre Lärmreduktion an Ventilatoren
Image Leistungsprüfung an Kältemittelverdichtern
Image Stoffdatenmodule
Image Solare Kühlung
Image All-In-One Gerät für Gefriertrocknung und Biomaterialherstellung
Image Modulares Speichersystem für solare Kühlung
Image Kalibrierung von Tieftemperatursensoren

Sie befinden sich hier:   /  Startseite


Phasenauflösende numerische Simulation von Suspensionen

05/2023 - 10/2025

Prof. Dr.-Ing. Tobias Kempe

+49-351-4081-5317

in Bearbeitung

SUSPENSE

Kurzbeschreibung

Die Zugabe von Partikeln zu Flüssigkeiten verändert deren physikalische Eigenschaften, wie z. B. die effektive Dichte, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit. Basisfluide wie Wasser oder Öl weisen in der Regel Newtonsche Eigenschaften auf, d. h., die Scherspannung ist proportional zur Scherrate. Suspensionen hingegen zeigen ein deutlich komplexeres rheologisches Verhalten. Derzeit werden die effektive Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von Suspensionen bevorzugt messtechnisch ermittelt, da numerische Simulationen in diesem Zusammenhang mit größeren Unsicherheiten behaftet sind.

Einsatzbereiche

Viele flüssige Produkte, wie Farben, Tinten, Getränke, Medikamente, Schlämme oder Duschgels, enthalten verschiedene Arten von Partikeln, um das gewünschte Endprodukt zu erzielen oder die Verarbeitungseigenschaften anzupassen.

Zielstellung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung numerischer Verfahren zur Berechnung der effektiven Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von Suspensionen. Dabei wird das Strömungsfeld um die Partikel sowie das Temperaturfeld im Inneren und außerhalb der Partikel räumlich erfasst. Die hochpräzise Simulation der relevanten physikalischen Prozesse auf mikroskopischer Ebene ermöglicht es, das rheologische und thermische Verhalten von Suspensionen zu charakterisieren und zu optimieren. Ein bewährtes Verfahren zur Berechnung vieler beweglicher Partikel in einem strömenden Fluid ist die Immersed-Boundary-Methode, welche auch in diesem Projekt angewendet wird.

Vorgehen

  • Implementierung einer Immersed-Boundary-Methode für bewegliche Partikel
  • Validierungsrechnungen für feststehende Einzelpartikel in laminarer Strömung
  • Realisierung scherperiodischer Randbedingungen
  • Simulationen zur effektiven Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von Suspensionen
  • Untersuchung mono- und polydisperser Gemische
  • Erstellung von Regime-Karten auf Basis der Simulationsdaten

Fazit / Ausblick

Die Entwicklung einer geeigneten Methode eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere in drei Bereichen: (a) numerische Simulationen ergänzen die experimentelle Charakterisierung von Suspensionen, um deren rheologisches und thermisches Verhalten zu erfassen; (b) durch Simulationen kann die Zusammensetzung von Suspensionen optimiert werden, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen; (c) makroskopische Korrelationen für effektive Stoffwerte wie Viskosität und Wärmeleitfähigkeit sollen für Strömungssimulationen mit kommerziellen Programmen abgeleitet werden.


Ihre Anfrage zum Projekt

Weitere Projekte

Image

Nichtinvasive Strömungsmessung

PDPA - Strömungsfelder und Partikelgrößen

Image

Praktikum, Diplom, Master, Bachelor

Studentische Arbeiten - Ausbildung am ILK

Image

Thermische Speicherung mit PCM

Von der Speicheraufgabe zur Anwendung

Image

Kryostate aus GFK oder Metall

Lageunabhängig, nicht-metallisch, hohe Standzeit für flüssig Stickstoff und flüssig Helium

Image

Rauscharme, nichtmetallische Flüssig-Heliumkryostate

Magnetisch rauscharm für z.B. SQUID-Anwendungen