Dynamik von faserbeladenen Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Hardt; Gregory Lecrivain, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492454247

Das vorgeschlagene Projekt hat das instationäre Verhalten von Tropfen zum Gegenstand, die Filamente oder Fasern enthalten, hier als faserbeladene Tropfen bezeichnet. In solchen ternären Systemen sind Struktur-, Kapillar- und Fluiddynamik miteinander gekoppelt. Bisher konzentrierte sich die überwiegende Mehrheit der Studien zu faserbeladenen Tropfen auf stationäre Konfigurationen. Das instationäre Verhalten von faserbeladenen Tropfen hat hingegen viel weniger Beachtung gefunden. Das Projekt, das auf einer engen Wechselwirkung zwischen Experimenten und Simulationen basiert, fokussiert sich auf zwei Schlüsselszenarien im Zusammenhang mit faserbeladenen Tropfen. Zunächst wird der niederenergetische Aufprall von faserbeladenen Tropfen auf eine feste Oberfläche analysiert, mit dem Ziel zu klären, wie die Faser im Inneren des Tropfens die Dynamik und insbesondere den Rückprall des Tropfens beeinflusst. Zweitens wird die Erzeugung von faserbeladenen Tropfen an einer Kanalverzweigung untersucht. Ein Ziel dieser Untersuchung wird es sein, einen gut kontrollierten Hochdurchsatzprozess mit Tropfen zu etablieren, die eine präzise Anzahl von Fasern enthalten. Die experimentellen Untersuchungen werden von der Entwicklung eines numerischen Modells begleitet, das in der Lage ist, die schnelle Dynamik von faserbeladenen Tropfen zu erfassen. Das Modell basiert auf einer hybriden Euler-/Lagrangeschen Beschreibung, bei der eine Faser durch eine Kette von interagierenden kugelförmigen Partikeln dargestellt wird. Für jedes der beiden Schlüsselszenarien werden die dynamischen Regimes in einem von den dimensionslosen Kennzahlen des Problems aufgespannten Parameterraums auf der Grundlage einer engen Interaktion zwischen Experimenten und Simulationen untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen