Sedimentation von nicht-sphärischen Partikelkollektiven bei mittleren Galileozahlen: eine DNS Studie

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398061626

Die Bewegung von Eispartikeln in der Atmosphäre, von Plankton in den Ozeanen und von suspendierten Partikeln in verfahrenstechnischen Anlagen sind Beispiele von Sedimentationsprozessen bei denen die Absetzgeschwindigkeit der Partikel stark von deren räumlicher Verteilung abhängt. Beträchtlicher Fortschritt im grundlegenden Verständnis der Dynamik von Suspensionen ist in der Vergangenheit durch moderne Laborexperimente und numerische Studien erreicht worden. Jedoch beschränken sich die meisten Untersuchungen auf die Wirkung kugelförmiger Festkörper, obwohl die Mehrheit der Anwendungen nicht-sphärische Partikel betrifft. Im vorliegenden Projektantrag schlagen wir vor, das Absetzverhalten von Kollektiven rotationsellipsoider Partikel (sowohl abgeflachte als auch verlängerte) mittels Direktsimulation unter Auflösung der Phasengrenzen zu simulieren, wobei verdünnte Suspensionen und Reynoldszahlen von der Größenordnung 100 betrachtet werden. In diesem Bereich sind die Modellungenauigkeiten von Euler-Lagrange (Punktpartikel) Modellen und von Euler-Euler (Zweifluid-) Modellen besonders hoch, und hochgenaue Daten für die Bewegung vieler, nicht-kugelförmiger Partikel sind praktisch nicht existent. In diesem Projekt planen wir, die zu generierenden umfassenden Datensätze zu nutzen, um die folgenden Fragen zu beantworten: Welchen Einfluss hat die Partikelform auf die Tendenz, Nachlauf-induzierte Cluster zu bilden? Was sind die Konsequenzen für die Statistik der Partikelbewegung? Welchen Einfluss hat dies auf die Fluidströmung, welche durch die Partikelbewegung induziert wird? Es kann erwartet werden, dass die gründliche Datenanalyse es uns ermöglichen wird, Empfehlungen für die Darstellung des Absetzverhaltens von suspendierten Partikeln im Sinne einer Modellreduktion zu formulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen