Lift-Kraft auf kugelförmige Tropfen in inhomogenen Strömungen

• Antragsteller: Dr. Pengyu Shi
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501298479

Die Vorhersage der Bewegung von Tropfen in dispergierten Zweiphasenströmungen ist ein Schlüsselproblem der Strömungsmechanik, das sich auf ein breites Spektrum von Anwendungen auswirkt, von der Epidemiologie über die mikrofluidische Biotechnologie bis hin zur Chemie- und Erdöltechnik. Tropfen behalten eine kugelförmige Form bei, wenn entweder die Grenzflächenspannung oder die viskose Dissipation die Trägheits- und Auftriebseffekte deutlich überwiegen. Diese Bedingungen werden in der Praxis von kleinen Flüssigkeitsteilchen erfüllt. Im stationären Zustand wird die Bewegung eines kugelförmigen Tropfens von drei verschiedenen hydrodynamischen Kräften bestimmt: dem Luftwiderstand (der durch Auftriebseffekte ausgeglichen wird), der dazu neigt, die Relativbewegung zu verlangsamen, der Auftriebskraft, die senkrecht zur Relativbewegung steht und eine Bewegung der Tropfen quer zur Strömung bewirkt, und der zusätzlichen Massenkraft. Während derzeit viele experimentelle und numerische Studien dem Luftwiderstand gewidmet sind und theoretische/numerische Untersuchungen die Effekte der zusätzlichen Masse geklärt haben, ist nur wenig über den Einfluss der Liftkraft bekannt, obwohl er für die Vorhersage der Tropfenbewegung in komplexen Strömungen fast ebenso wichtig ist. Der vorliegende Antrag ist für einen Post-Doc-Aufenthalt am IMFT (Frankreich) in der Forschungsgruppe von Prof. D. Legendre gedacht, der numerische und theoretische Ansätze zur Untersuchung der Dynamik von Blasen, Tropfen und Partikeln in inhomogenen und turbulenten Strömungen verwendet. Der Schwerpunkt des Antrags liegt auf der detaillierten Untersuchung der Liftkraft, die auf kugelförmige Tropfen in inhomogenen Strömungen wirkt. Dies umfasst im Einzelnen: (i) Liftkraft in unbegrenzter linearer Scherströmung, (ii) Liftkraft in unbegrenzter quadratischer Scherströmung, (iii) Bewertung von Wandeffekten und (iv) paarweise Wechselwirkung. Um bei diesen verschiedenen Aspekten Fortschritte zu erzielen, werden theoretische Analysen, vor allem mittels angepasster asymptotischer Entwicklung, verwendet, um analytische Lösungen bei niedrigen Reynoldszahlen abzuleiten, wo diese insbesondere für das Thema (ii) noch fehlen. Bei mittleren bis hohen Reynoldszahlen werden direkte numerische Simulationen (DNS) mit dem am IMFT entwickelten JADIM-Code durchgeführt. Diese Postdoc-Stelle bietet dem Bewerber die Möglichkeit, neue Fähigkeiten zu erlernen, originelle wissenschaftliche Informationen zu produzieren und ein wissenschaftliches Netzwerk in Frankreich aufzubauen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Professor Dominique Legendre