Numerische und experimentelle Untersuchung der Faserdispersion in Koaxialstrahlen

• Antragsteller: Professor Dr. Berend van Wachem
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560947439

Ziel dieses Antrags ist das Verständnis von Flüssigkeits-Feststoff-Mehrphasenströmungen durch die Untersuchung des Verhaltens von faserförmigen Partikeln in sich räumlich entwickelnden turbulenten Strömungen, insbesondere in koaxialen Strahlausströmungen, zu verbessern. Während Fortschritte bei Mehrphasenströmungen mit kugelförmigen Partikeln erzielt wurden, sind die Dynamiken nicht-sphärischer Partikel, wie Fasern, unter realistischen Bedingungen noch wenig verstanden. Faserartige Partikel bringen zusätzliche Komplexität durch ihre längliche Form und orientierungsabhängige Wechselwirkungen mit turbulenten Fluiden. Ziel der Forschung ist die Entwicklung eines numerischen Modells, das die hydrodynamischen Kräfte auf längliche Partikel in sich räumlich entwickelnden turbulenten Strömungen präzise abbildet. Der Antrag kombiniert dazu numerische Simulationen mit dreidimensionalen experimentellen Messungen, Particle Image Velocimetry und digitaler Holographie. Diese Ansätze ermöglichen eine Modellvalidierung anhand experimenteller Daten und erfassen die sofortigen Interaktionen zwischen Fasern und Strömungsfeld über unterschiedliche Faserlängen und Flüssigkeitsgeschwindigkeitsverhältnisse hinweg. Untersuchungsfelder umfassen die Auswirkungen von Trägheit und Länge der Fasern auf die Dispersion in koaxialen Strömen, da diese Parameter die Interaktionen mit Nachlauf- oder Scherwirbeln beeinflussen. Die Forschung zielt darauf ab, die Grundlagen zur Vorhersage der Faserdynamik in realistischen Mehrphasenströmungen zu schaffen, um industrielle Prozesse mit nicht-sphärischen Partikeln zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor René van Hout, Ph.D.