Mechanische Eigenschaften dichter granularer Schüttungen in Gegenwart benetzender Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Herminghaus; Professor Dr. Hans J. Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169494207

Gemische aus festen Partikeln submillimetrischer Größe und Flüssigkeiten spielen in weiten Bereichen der Verfahrenstechnik und der industriellen Produktion eine herausragende Rolle. Medizinische Wirkstoffe in Pulverform, beispielsweise, werden mit flüssigen Bindemitteln vermengt und anschließend zu Tabletten geformt. Der Zusammenhalt zwischen den Partikeln einer feuchten granularen Schüttung kann im Bereich niedriger Flüssigkeitsanteile gut durch die Eigenschaften einzelner Kapillarbrücken beschrieben werden. Im weitaus größeren Bereich zwischen Volumenanteilen von ca. 2% der zugesetzten Flüssigkeit bis hin zur vollkommenen Sättigung bilden sich größere Flüssigkeitscluster aus, die das mechanische Verhalten der Schüttung sowie den Transport der Flüssigkeit dominieren. In Rahmen dieses Projektes soll ein einheitliches Modell der kohäsiven Kräfte von Kapillarbrücken und Flüssigkeitsclustern entwickelt und in Kontaktdynamiksimulationen der Partikel eingesetzt werden. Dieses Modell schließt das Volumen der Kapillarbrücken, den Flüssigkeitsaustausch zwischen benachbarten Partikelkontakten, sowie kapillare Mehrpartikelwechselwirkungen ein. Ein weiteres Ziel dieses Projektes ist die Quantifizierung der verschiedenen dissipativen Prozesse, die bei Annäherung, im Kontakt und bei der Ablösung mit Flüssigkeit benetzter Partikel auftreten. Das resultierende kollektive Verhalten der Partikel soll in einer Reihe von ausgewählten Behältergeometrien und für verschiedene Randbedingungen untersucht werden. Langfristige Ziel des Projektes ist, die Partikeldynamik mit Modellen des Flüssigkeitstransportes zu verknüpfen und die Dynamik von Partikelkollektiven über große Zeit- und Längenskalen hinweg realitätsnah zu simulieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1486: Partikel im Kontakt - Mikromechanik, Mikroprozessdynamik und Partikelkollektive
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Beteiligte Personen: Martin Brinkmann, Ph.D.; Dr. Dirk Kadau