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Projekt
Hybride Modellierung der Heteroagglomeration in gasgetragenen Strömungen mittels CFD-DEM-Simulation und Methoden des maschinellen Lernens
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Carsten Schilde
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462426077
Das mechanistische Verständnis partikulärer Prozesse ist die Grundlage, um maßgeschneiderte, partikuläre Produkte mit zusätzlich integrierten Funktionen zu schaffen. Eine Möglichkeit, bestehende Partikeleigenschaften zu kombinieren oder durch ihre Kombination neue Funktionen zu schaffen, ist die Heteroagglomeration über Gasphasenprozesse. Speziell submikrone Partikelsysteme bergen für Heteroagglomerationsprozesse ein besonders hohes Potential, sind aber nur mit hohem messtechnischen Aufwand hinsichtlich des komplexen Zusammenspiels zwischen Prozessparametern, dispersen Partikeleigenschaften und den Partikelwechselwirkungen zu charakterisieren. Der Einsatz von gekoppelten Strömungs- (CFD) und Partikelsimulationen (DEM) bietet die Möglichkeit, die derzeit kaum erforschten Heteroagglomerationsvorgänge submikroner Partikel in Abhängigkeit von den Prozessparametern, dispersen Partikeleigenschaften sowie den unterschiedlichen Partikelwechselwirkungen systematisch zu untersuchen. Aufgrund der zunehmenden Steigerung der Rechenleistung können auf Basis von CFD-DEM-Simulationen weitaus größere Datensätze generiert werden, welche die Herleitung mechanistischer Zusammenhänge und damit eine gezielte und übertragbare Prozess- und Produktentwicklung erlauben. Für die korrekte simulative Abbildung der im Experiment erhaltenen Heteroagglomeratstrukturen ist die Verwendung realistischer Partikelkontaktmodelle sowie deren hinreichend genaue Parametrisierung entscheidend. Zur Kalibrierung und Validierung der CFD-DEM sollen in einem Messaufbau definierte, sphärische Primärpartikel unterschiedlicher Partikelgröße im submikronen Größenbereich erzeugt und in der darauffolgenden Agglomerationszone agglomeriert werden. Zur 3D-Rekonstruktion der entstandenen Strukturen und Messung von Partikelwechselwirkungskräfte wurden bereits geeignete Messmethoden (FIB-SEM, AFM) etabliert und angewendet. Die CFD-DEM Datensätze werden durch eine semi-mechanistische Modellierung der physikalisch inspirierten genetischen Programmierung erzeugt, die in der Lage ist, bestehende mechanistische Modelle zu evaluieren, weiterzuentwickeln und zu kombinieren. Ein wesentlicher Schwerpunkt der zweiten Förderperiode ist die systematische Untersuchung und Modellierung der Bildung photokatalytisch aktiver SiO2-TiO2 Heteroagglomerate mittels Experiment und CFD-DEM-Simulation sowie die Charakterisierung und Simulation der photokatalytischen Aktivität in Abhängigkeit von der Heteroagglomeratstruktur.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
