Nichtgleichgewichtsthermodynamische Untersuchung des Scherbandverhaltens von halbverdünnten Polyacrylamidlösungen

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Natalie Germann; Professorin Dr. Silke Rathgeber
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402813701

Wenn weiche Materialien einer starken Scherdeformation unterzogen werden, können diese lokalisierte Bänder, sogenannte Scherbänder, mit unterschiedlichen Scherraten oder/und Konzentrationen, ausbilden. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Scherbänder bei Polymerlösungen durch Diffusion verursacht werden. Kürzlich entwickelten wir ein thermodynamisches Polymermodell, welches Fiksche Diffusion und spannungsinduzierte Migration unter der Annahme berücksichtigt, dass lokale Konzentrations- und Spannungsgradienten eine nichttriviale Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den polymeren Bestandteilen und der Lösung generieren. Der Vorteil dieses Modells besteht darin, dass die differentielle Geschwindigkeit als Zustandsvariable behandelt wird. Die zusätzlichen Randbedingungen, welche aufgrund der Gegenwart von Ableitungen in den diffusiven Termen berücksichtig werden müssen, können direkt bezüglich dieser Variablen formuliert werden. Mikrostrukturelle Informationen werden daher nicht mehr benötigt, sondern vielmehr als Ergebnis geliefert. Die oben genannte Hypothese soll mit Hilfe eines kombinierten numerischen und experimentellen Ansatzes anhand von zwei Benchmarkströmungen verifiziert werden. Das Modellverhalten wird mit Geschwindigkeitsfelddaten, Fluoreszenzmomentaufnahmen und Neutronenstreumessungen verglichen. Derartige Modelle sind für die Kunststoffindustrie und andere Branchen (Lebensmittel-und Pharmaindustrie) von großer Bedeutung, da sie künftig die Entwicklung von Textureigenschaften neuer Produkte sowie die Auslegung von Strömungsprozessen unterstützen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen