Untersuchungen zum Bewegungs- und Gruppierungsverhalten von Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernhard Weigand
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409029509

In den verschiedensten technischen Systemen werden Sprays eingesetzt. Der Einsatz von Sprays reicht von der Verbrennung von Kraftstoffen bis hin zur gezielten Beschichtung von Oberflächen. Die Effizienz dieser Sprays wird vom dynamischen Verhalten der Tropfen bestimmt, wozu neben anderem auch die Neigung zur Bildung von Tropfengruppen gehört. Diese Gruppenbildung, auch „grouping“ genannt, hat deutliche Auswirkungen auf das Verdunstungs- und Bewegungsverhalten des gesamten Sprays sowie ggf. auf die Verteilung der Tropfen bei Beschichtungsprozessen. Die Gruppenbildung von Tropfen hat Auswirkungen in Energie- und Transportsystemen, bei der Beschichtung oder der Arzneimittelverabreichung (z.B. Inhalationssysteme). Ein besseres Verständnis der auftretenden Phänomene ermöglicht somit den Gruppenbildungsprozess kontrollier- und steuerbar zu gestalten und damit die Effizienz der Systeme, beispielsweise hinsichtlich Emissionskontrolle, Materialeinsparung, Oberflächengüte, oder Medikamentenverteilung zu erhöhen.Dieser Fortsetzungsantrag schließt an die Arbeiten in der ersten Förderperiode an und erweitert diese. Die auftretenden Einzelphänomene werden theoretisch, numerisch, und experimentell untersucht. Der gesamte Prozess der Gruppenbildung lässt sich durch drei hintereinander ablaufende Phasen beschreiben. Zuerst wird die Gruppenbildung initiiert und die Tropfen beginnen sich anzunähern, anschließend erfolgt der eigentliche Annäherungsprozess, der schlussendlich mit einem gegenseitigen Berühren der Tropfen endet. Die Bildung von Gruppen kann zum Beispiel zufällig, durch das äußere Strömungsfeld oder durch den Tropfenbildungsprozess initiiert werden. Ein Ziel der Untersuchungen ist es, mögliche Gruppenbildungsprozesse zu untersuchen, Methoden zur Beeinflussung und Initialisierung des Bildungsprozesses zu identifizieren und damit die Koagulation von Tropfen gezielt zu begünstigen oder zu vermeiden. In der ersten Förderperiode des Vorhabens wurde bereits der Annäherungsprozesse von Tropfen innerhalb von einem und mehreren Tropfenstrahlen experimentell, numerisch und analytisch untersucht. In der hier beantragten zweiten Förderperiode sollen die Untersuchungen auf die genaue Betrachtung der Einflüsse von Tropfenform, Tropfenoszillationen, der Auswirkung eines akustischen Feldes und die Tropfenverdunstung auf die Tropfenbewegung und den Gruppierungsprozess erweitert werden.Den antragstellenden Partnern, BGU, Technion und ITLR, stehen unterschiedliche experimentelle, numerische, und analytische Methoden zur Verfügung, die, wenn sie gebündelt werden, es erlauben alle entscheidenden Teilprozesse der Gruppierung von Tropfen detailliert zu untersuchen. Einige Methoden überschneiden sich, so dass dadurch leicht Validierungen und direkte Vergleiche durchgeführt werden können. Für das gesamte Projekt ist wieder, wie schon in der ersten Projektphase, eine sehr intensive Kooperation zwischen den Partnern geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländische Mitantragsteller: Professor Dr. Jerrold Barry Greenberg; Professor Dr. David Katoshevski