Numerische Modelle für Zweiphasen-Strömungen in elektrischen Feldern

• Antragsteller: Dr.-Ing. Florian Kummer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509491635

Dieses Projekt befasst sich mit der Simulation von Zweiphasenströmungen in Anwesenheit von elektrischen Feldern. Dabei ist das Hauptziel innerhalb von TRANSIEVES ist die numerische Untersuchung des in Teilprojekt A1 vorgeschlagenen Versuchsaufbaus, d.h. der Ping-Pong-Tropfenkonfiguration. Die erste Förderperiode ist dem Aufbau der Simulations-Toolbox und der Durchführung von spezifischen Simulationen der Konfiguration in A1 gewidmet. In der zweiten Periode wird diese Simulations-Toolbox weiterentwickelt, um die Implementierung von Trennprozessen zu weiterzuentwickeln. Dies erfordert größere Simulationen als in der ersten Periode, d.h. eine weitere Entwicklung zur Unterstützung massiver, paralleler Hochleistungsrechner. Die physikalischen Modelle, die der numerischen Simulation zugrunde liegen, sind die Zweiphasen-Navier-Stokes-Gleichungen in Kombination mit einem elektrokinetischen (Poisson-Nernst-Planck) Modell. Die Flüssigkeitsgrenzfläche wird mit einer Level-Set-Methode nachgeführt. Wir schlagen insbesondere die Verwendung einer hochgenauen erweiterten diskontinuierlichen Galerkin (XDG)-Methode hoher Ordnung vor, um die Unstetigkeiten in Dichte, Viskosität und Dielektrizitätskonstante zu behandeln. Dadurch ist die XDG-Methode in der Lage, Sprünge in Druck, Viskosität und Maxwell-Spannungen mit hoher Genauigkeit zu approximieren. Darüber hinaus wird eine Variante von XDG, die so genannte Trace-DG-Methode, zur Simulation der Konzentration adsorbierter ionischer Spezies an der Flüssigkeitsgrenzfläche verwendet. In einem späteren Teil des Arbeitsprogramms werden Marangoni-Kräfte eingeführt, d.h. eine von der adsorbierten Spezies abhängige Oberflächenspannung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5584: Transiente Siebe