Beschreibung der Dynamik von Kapillarwellen durch die Renormierung von Flüssigkeitseigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Hardt
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560549432

Dieser Antrag befasst sich mit grundlegenden Fragen im Zusammenhang mit der Strömungsdynamik von Grenzflächenströmungen (Gas-Flüssigkeit und Flüssigkeit-Flüssigkeit). Die vorgesehenen Arbeiten sind auf die folgende Frage fokussiert: Können die Freiheitsgrade eines physikalischen Systems auf kleinen Skalen durch Mittelwertbildung (Integration) über diese Skalen und die Renormierung von Modellparametern erfasst werden? Konkret soll untersucht werden, inwieweit die Dynamik von Kapillarwellen (KWn) an einer Flüssigkeitsgrenzfläche erfasst werden kann, indem das System durch ein stationäres Ersatzsystem mit renormierten Modellparametern, wie z. B. der Oberflächenspannung, ersetzt wird. Vorläufige Arbeiten zeigen, dass einer Oberfläche mit chaotischen KWn eine effektive Oberflächenspannung zugeordnet werden kann. Dies deutet darauf hin, dass Gradienten in der Wellenenergie effektive Marangoni-Spannungen erzeugen und dass eine Blase oder ein Tropfen mit chaotischen KWn auf ihrer Oberfläche einen effektiven Laplace-Druck aufweist. Diese beiden Hypothesen werden mit speziellen Versuchsaufbauten getestet. Darüber hinaus wird aufgrund der Beziehung zwischen Oberflächenspannung und Dampfdruck erwartet, dass eine Flüssigkeitsoberfläche mit chaotischen KWn durch einen effektiven Dampfdruck charakterisiert ist, der höher ist als der Dampfdruck an einer stationären Oberfläche. Außerdem ist zu erwarten, dass KWn an einer Flüssig-Flüssig-Grenzfläche eine effektive Mischbarkeit der beiden Phasen bewirken, wenn die effektive Grenzflächenspannung um ein ausreichendes Maß reduziert wird. Die beiden letztgenannten Hypothesen sollen ebenfalls getestet werden, falls es die Zeit erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Lou Kondic