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In der Abteilung "Mehrphasenströmung, Wärme- und Stoffübertragung" konzentrieren sich die Forschungsaktivitäten auf Prozesse zur Herstellung, Handhabung und Konditionierung disperser Phasen (z.B. Pulver, Partikeln oder Tropfen) in flüssiger oder fester Form. Insbesondere die Analyse der Wechselwirkungsvorgänge an den Phasengrenzflächen von Partikeln mit ihrer fluiden Umgebung, die durch mehrphasige Impuls-, Wärme- und Stofftransportvorgänge geprägt werden, steht hierbei im Vordergrund.

Wesentliche Anwendungen der Untersuchungen in diesem Bereich sind Prozesse mit Spray- und Strahlströmungen aus der Produktion und Handhabung metallischer und keramischer Pulver und der Thermoprozesstechnik.

Grundlagenuntersuchungen in mehrphasigen Strömungssystemen und praxisorientierte Fragestellungen der Anwendung in z.B. mehrphasigen Kühlprozessen im Rahmen der Wärmebehandlung von Metallen werden hierbei behandelt.

     

    Für die wissenschaftlichen Ziele der Abteilung "Mehrphasenströmung" werden als Werkzeuge laseroptische Messverfahren der Fluid- und Partikeltechnik im Verbund mit numerischen Simulationsrechnungen und Modellierungen entwickelt und in Ansatz gebracht. Hierauf aufbauend werden Maßnahmen zur Prozessgestaltung und -optimierung abgeleitet und verifiziert.

    Analysen von Prozessen werden im Rahmen von Forschungsprojekten, aber auch als Service angeboten:

    Analyse mehrphasiger Strömungssysteme

    • Laserlichtschnittvisualisierung (LLS)
    • Schlierenoptik
    • Hochgeschwindigkeits-Videografie (HSP)
    • Konzentrationsmessung
    • Messung von Partikelgrößen-, Partikelgeschwindigkeits- und Partikeltemperaturverteilungen

     

    Zerstäubungs- und Spraycharakterisierung

    • Analyse des Flüssigkeitszerfalls
    • Spraycharakterisierung
    • Spraykühlung, Spraybeschichtung, Sprühkompaktierung

     

    Pulveranalysen

    • Partikelgröße und -form
    • Fließfähigkeit

     

    Modellierung und Simulation mehrphasiger Systeme

    • mehrphasige Strömungen
    • Fluidzerstäubung und Sprayausbreitung
    • Quench- und Kühlprozesse
    • Verdampfungs-, Kondensations- und Erstarrungsprozesse

     

    Versuchseinrichtungen für partikelbeladene Mehrphasenströmungen werden genutzt zum:

    • Zerstäubung von Fluiden, Schmelzen und Lösungen, Suspensionen und Emulsionen
    • Transport von Partikeln
    • Dispergierung, Abscheidung und Konditionierung von Partikeln
    • Laser-Doppler- und Phasen-Doppler-Anemometrie (LDA / PDA)
    • Particle Image Velocimetry (PIV)
    • High Speed Particle Pyrometry (HSP)
    • Beugungsspekrometrie (BSM)
    • Hitzdrahtanemometrie (CTA)
    • Visualisierung: Kurzzeitvideografie, Schlierenoptiksysteme, Laserlichtschnittsystem

     

    Die Schwerpunkte der wissenschaftlichen Arbeiten der Abteilung „Mehrphasenströmung“ liegen aktuell in folgenden Bereichen:

    Erfassung der Mikroprozesse und Strukturen bei der Dispergierung von Fluiden, Emulsionen, Suspensionen und Schmelzen

    • Dispergier- und Desintegrations­vorgänge bei der Zerstäubung
    • Emulgierprozesse komplex rheologischer Flüssigkeiten
    • Mikrofluidik und Emulgieren von Fluiden und Schmelzen in poröser Strukturen und Membranen
    • Inline Qualitätskontrolle von Emulsionen und Kühlschmierstoffen

     

    Generierung von Pulvern und Halbzeugen aus mineralischen, metallischen und Polymer-Schmelzen

    • Konzepte für Zerstäubungsaggregate für energieeffiziente Prozesse und angepasste Produkteigenschaften von Pulvern im Mikro- und Nanometerbereich
    • Entwicklung thermischer und kinetischer Randbedingungen zur Ableitung angepasster Prozessführungsstrategien
    • Pulverproduktion in Sprayprozessen, Prozesstechnik der Sprühkompaktierung

     

    Prozessanalyse und -optimierung in der Thermoprozesstechnik

    • Analyse der Strömungs- und Wärmeübergangsverhältnisse an komplexen Bauteilen in Gas- und Flüssigkeitsabschreckprozessen
    • Entwicklung räumlich und zeitlich gesteuerter Wärmeübertragungsszenarien
    • Kühlen und Abschrecken mit Spray- und Jetsystemen in Flüssigkeiten und Gasen
    • Ableitung von Strategien zur Vermeidung oder Kompensation von Bauteilverzügen im Fertigungsprozess
    • Energieeffizienz in der Thermoprozesstechnik

     

    Entwicklung numerischer Modelle zur Beschreibung von Mehrphasenströmungen (M-CFD Multiphase Computational Fluid Dynamics)

    • Modelle zur Beschreibung von Topologieänderungen in Mehrphasenströmungen (Zerstäubung, Tropfenzerfall und -koaleszenz, ….)
    • Lattice Boltzmann Verfahren zur Analyse von Mehrphasenströmungen
    • Kopplung von thermischen Modellen und Phasenfeldmodellierung
    • Modellierung des Verdampfungsprozessen (Strömungssieden)
    • Modellbildung für orts- und zeitaufgelöste Dispersströmungen (Sharp Interface Model)
    • Dynamic Flow Sheet Simulation partikulärer Prozesse (Feststoffverfahrenstechnik)
    • OpenFOAM Erweiterungen für M-CFD
    • Kopplung von CFD und PBM (Populationsbilanzen)
    • Turbulent Combustion Modelling
    • Partikeln aus der Gasphase, Modellierung und Simulation
    • Modellierung von Ultraschallanwendungen