Entstehung kleinskaliger Mischvorgänge in einem T-Mischer

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Avila Canellas
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511099203

Mischvorgänge sind entscheidend für viele Anwendungen in den Ingenieurswissenschaften. Typische Beispiele reichen von chemischen Reaktoren bis zu Brennkammern, aber auch von der Ausbreitung von Schadstoffen im Meer oder in der Atmosphäre. Die Mischungsrate ergibt sich durch die Kontaktoberfläche zwischen den beiden Fluiden und dem Massendiffusions-koeffizienten. In den meisten Anwendungen, bestimmt Turbulenz das Mischverhältnis, da Wirbel, die auf mehreren Skalen auftreten, die Oberfläche zwischen den Fluiden stark verformen und zusammenfalten. In der Turbulenz werden die größten Wirbel durch die Geometrie des Systems bestimmt, wohingegen die kleinstmöglichen Wirbel auf der Kolmogorov-Skala zu finden sind. Im Gegensatz dazu weist die skalare Konzentration Fluktuationen bis zur Batchelor-Skala auf, die in Flüssigkeiten mehr als eine Größenordnung kleiner ist als die Kolmogorov-Skala. Deswegen gelten turbulente Mischvorgänge von Flüssigkeiten als wenig verstanden, was z.B. die Skalierung von Reaktoren in vielen Systemen verhindert. In diesem Antrag werden Mischvorgänge in einem T-Mixer Aufbau mit langen Einlässen, welche voll ausgebildete Strömungsprofile erlauben, experimentell untersucht. Der Mischkanal hat einen hydraulischen Durchmesser von vier Zentimetern, was in den Parameterbereichen von Interesse zu einer Batchelor-Skala von Zehntel von Mikrometern resultiert. Mischvorgänge werden mit hochaufgelöster laserinduzierter Fluoreszenz charakterisiert. Die Forschung in diesem Antrag wird zu einem besseren Verständnis von kleinskaligen Mischvorgängen in chaotischer Strömung führen und aufzeigen, wie diese entstehen und sich bei steigender Reynoldszahl verändern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen