Spreitverhalten von Pasten: von Partikeln zu Anwendungseigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431419392

Pasten sind hochkonzentrierte Partikelsuspensionen wie beispielsweise Gipspasten und Frischbeton. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung verschiedener Produkte in der Bau-, Chemie- und Lebensmittelindustrie. Bei diesen Materialien handelt es sich um nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, deren komplexe rheologische Eigenschaften (Fließgrenze, Thixotropie) aufgeklärt und mit physikalisch-basierten Modellen beschrieben werden sollen, um die Anwendungseigenschaften dieser Produkte bei ihrer Formulierung optimieren zu können. Eine Möglichkeit, das Fließverhalten der Pasten zu verbessern, ist der Einsatz mechanischer Schwingungen zur gezielten Steuerung ihrer Viskosität. In diesem Kooperationsprojekt werden experimentelle und numerische Methoden und Werkzeuge kombiniert eingesetzt, um das Fließverhalten von Pasten unter Einfluss von Schwingungen zu untersuchen. Auf der Mikroebene sollen die charakteristischen Parameter der Mikroprozesse und die Wechselwirkungen zwischen den Phasen (Partikel-Partikel, Partikel-Fluid, Partikel-Wand und Fluid-Wand) ermittelt werden. Die Partikel werden mithilfe der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) simuliert. Um die Mikrowechselwirkungen zwischen der Flüssigkeit und den Partikeln zu berücksichtigen, wird die DEM mit der Numerischen Strömungsmechanik (CFD) gekoppelt. Diese Modelle werden am Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik der Technischen Universität Kaiserslautern (Deutschland) entwickelt. Sie sollen dann mit den im LEMTA-Institut (University of Lorraine, Nancy, Frankreich) durchgeführten rheologischen Experimenten validiert werden. Basierend auf den experimentellen und numerischen Ergebnissen sollen die Mechanismen des Fließverhaltens, des inneren Partikeltransports und der Energiedissipation ermittelt und beschrieben werden. Das mikroskopische Modell liefert damit die Parameter für die physikalischen Makromodelle. Mithilfe eines entwickelten Multiskalenmodells wird es möglich, neue Kenntnisse über den Einfluss der Mikroprozesse auf das makroskopische Fließverhalten der Pasten während der Vibration zu gewinnen. Diese wichtigen Erkenntnisse können für die Verbesserung des Spreitverhaltens und der Transporteigenschaften von Pasten bei der Herstellung und Anwendung verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sébastien Kiesgen de Richter, Ph.D.