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Projekt
SPP 1506: Fluide Grenzflächen
Fachliche Zuordnung
Mathematik
Förderung
Förderung von 2010 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 131808835
In mehrphasigen Prozessen ist die Phasengrenzfläche von herausragender Bedeutung für die Effektivität und Effizienz dieser Prozesse. Dabei spielen geometrische Eigenschaften wie Lage und Form der Grenzfläche, physikalische Eigenschaften wie Grenzflächenspannung und -zähigkeiten sowie physiko-chemische Eigenschaften eine wesentliche Rolle. Die Eigenschaften der Grenzfläche beeinflussen wiederum die Transportvorgänge an und über die Phasengrenzfläche. Die Bedeutung der Grenzflächen steigt mit zunehmender spezifischer Fläche. Daher kommt insbesondere auf kleinen Längenskalen, die z.B. aktuell in der Mikroverfahrenstechnik genutzt werden, dem Einfluss der Grenzflächen eine noch größere Bedeutung zu. Zur Intensivierung solcher Prozesse ist ein tiefer gehendes Verständnis notwendig, das über eine qualitative Beschreibung deutlich hinausgeht. Insbesondere zur Optimierung sind valide quantitative Aussagen erforderlich. Dazu sind die verwendeten Modelle hinsichtlich der eingebauten physiko-chemischen Phänomene zu erweitern und zu verbessern (multiphase und multiphysics), hinsichtlich ihrer mathematischen Eigenschaften zu analysieren, numerisch zu lösen und in ihrem Gültigkeitsbereich abzuschätzen. Im Schwerpunktprogramm sollen insbesondere (1) zusätzliche physikalische und physiko-chemische Phänomene modellmäßig erfasst und numerisch behandelt werden; (2) über mathematische Analysen mehr Verständnis für die auftretenden Modelle und dadurch für die modellierten Prozesse und die wirksamen Mechanismen erzielt werden; (3) über mathematische Analysen mehr Rigorosität in die Simulation von Zweiphasenströmungen eingebracht werden. Diese Aufgabenstellungen liegen an den Schnittstellen zwischen Modellierung, Analysis und Numerik und werden durch eine starke Interdisziplinarität gekennzeichnet, wie sie im Rahmen eines Schwerpunktprogramms zu erreichen ist. Von den grundlagenorientierten Forschungsarbeiten zur Realisierung der für die Laufzeit des Schwerpunktprogramms angestrebten Ziele werden längerfristig kräftige Impulse in Richtung mehr anwendungsorientierter Forschungsthemen ausgehen, z.B. (1) bei Fragen der Optimierung/Redesign von Grundoperationen der Verfahrenstechnik wie Extraktion, Rektifikation, Emulgieren etc., (2) bei der Modellierung und Steuerung von Mehrphasenreaktoren z.B. in der chemischen Verfahrenstechnik, (3) der Modellierung, Optimierung und Steuerung neuer Prozesse in der Mikroverfahrenstechnik, etwa "Lab-on-a-Chip-Prozesse, (4) der Oberflächenbeschichtung und -vergütung, (5) der Modellierung, Optimierung und Steuerung des Transports von Fluiden bei Mikro-Gravitation.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Niederlande, USA
Projekte
- A combined experimental and numerical approach to study the hierarchy of multiscale structures arising from the stationary solutal Marangoni instability (Antragstellerinnen / Antragsteller Boeck, Thomas ; Eckert, Kerstin )
- A diffuse-interface model for multiphase flow with surface-active particles (Antragsteller Aland, Sebastian )
- A sharp interface finite volume method for variable density zero Mach number two-phase flow with surfactant-dependent surface tension (Antragsteller Klein, Rupert )
- Accurate and Efficient Coupled Surfactant Calculations for Two-Phase Flows with the Discrete Exterior Calculus (Antragsteller Griebel, Michael )
- ALE-Finite element based discretizations for 3d simulations of two-phase flows with surfactants (Antragsteller Tobiska, Lutz )
- Diffuse interface models for transport processes at fluidic interfaces (Antragsteller Garcke, Harald ; Grün, Günther )
- Discontinuous Galerkin methods for two-phase flows with soluble surfactants (Antragsteller Oberlack, Martin ; Wang, Yongqi )
- Experimental and Computational Analysis of fluidic interfaces influenced by soluble surfactant (Antragsteller Bothe, Dieter ; Miller, Reinhard )
- Experimental investigation and modeling of local mass transfer rates in pure and contaminated Taylor flows (Antragsteller Schlüter, Michael )
- Fully adaptive and integrated numerical methods for the simulation and control of variable density multiphase flows governed by diffuse interface models. (Antragsteller Hintermüller, Michael ; Hinze, Michael )
- Hierarchical Grid Method for Conjugate Mass Transfer in Two-Fluid Flows (Antragsteller Wörner, Martin )
- Higher order time discretization for free surface flows (Antragsteller Bänsch, Eberhard )
- Koordinatorprojekt (Antragsteller Reusken, Arnold )
- Modeling, Simulation and Validation of Transport at Interfaces in Lipid Membranes and Enantiomer Separation (Antragsteller Franke, Thomas ; Hoppe, Ronald H.W. ; Peter, Malte Andreas ; Wixforth, Achim )
- Numerical methods for two-phase incompressible flows with mass transport (Antragsteller Reusken, Arnold )
- Osmotic Cell Swelling: Modelling and Analysis (Antragsteller Escher, Joachim )
- Sharp interface limits for diffuse interface models for two-phase flows of viscous incompressible fluids (Antragsteller Abels, Helmut )
- Stability of diffuse fluidic phase boundaries (Antragsteller Freistühler, Heinrich ; Kotschote, Matthias )
- Structure Formation in Thin Liquid-Liquid Films (Antragstellerinnen / Antragsteller Seemann, Ralf ; Wagner, Ph.D., Barbara Agnes )
- Surface viscosity in multiphase flow - modeling, numerical analysis and simulations (Antragsteller Voigt, Axel )
- X-ray tomography studies of Taylor bubbles with mass transfer and surfactants in small channels (Antragsteller Hampel, Uwe )
