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Projekt
Migration und Dynamik von Teilchen in komplexen Geometrien und Strömungen
Antragsteller
Professor Dr. Jens Harting
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349558021
Technisch relevante Strömungen werden in der Regel durch externe Kräfte angetrieben, die pulsierende oder zeitlich nicht konstante Komponenten aufweisen. Die hierdurch bedingte zusätzliche Zeitskala des Systems kann einen großen Einfluss auf die Entstehung von Instabilitäten haben und ist insbesondere wichtig für das Verständnis von komplexen Flüssigkeiten (Suspensionen, Polymerlösungen, etc.). Ziel des vorliegenden Projekts ist ein besseres Verständnis des Wechselspiels zwischen den Eigenschaften der Flüssigkeit selbst, Trägheitseffekten, sowie der beschränkenden Geometrie auf den Transport von Teilchensuspensionen. Wir werden uns auf das Gebiet mittlerer Reynoldszahlen beschränken (zwischen 1 und 1500), wo nicht nur ein einzelner dieser Effekte dominiert, sondern ihre Kombination die Transporteigenschaften bestimmt. Unsere Simulationen basieren auf einem Hybridansatz bestehend aus der Gitter Boltzmann Methode für die Strömungsmechanik und einer Diskrete Elemente Methode für die Dynamik suspendierter Teilchen. Im Fall weicher Teilchen kommt eine Finite Elemente/Immersed Boundary Methode zum Einsatz. Dieser Ansatz ist etabliert und erlaubt große Flexibilität insbesondere bei der Wahl der Teilcheneigenschaften und der spezifischen Form beschränkender Geometrien. Weiterhin ist diese Methode besonders gut anwendbar auf den Bereich von Reynoldszahlen, der uns interessiert: Die Trägheitsterme der Navier-Stokes Gleichungen werden reproduziert, die interne Struktur komplexer Fluide kann aufgelöst werden und komplexe Geometrien und treibende Kräfte können relativ leicht implementiert werden. Des Weiteren skaliert die Methode auf allen aktuellen Großrechnerarchitekturen und erlaubt es dadurch, experimentell relevante Zeit- und Längenskalen zu erreichen. Wir werden den Einfluss von Teilchenkonzentration und Trägheitseffekten in Suspensionen mit harten und weichen Teilchen in pulsierenden Strömungen untersuchen. Unser Ziel ist es herauszufinden, ob und wie Instabilitäten entstehen und wie sie durch die Transporteigenschaften beeinflusst werden. Des Weiteren werden wir den Einfluss der umgebenden Geometrie auf trägheitsgetriebene Strömungen untersuchen um zu verstehen wie definierte Randbedingungen und Trägheitseffekte verwendet werden können, sodass eine Teilchenstrukturierung oder sogar -Sortierung erreicht wird. Abschließend werden wir den Einfluss scherverdünnender oder viskoelastischer Flüssigkeiten auf den Suspensionstransport und das Verhalten in einfachen Rohrströmungen, sowie in komplexeren Geometrien studieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
