Zur Verflechtung von Thermodynamik und Grenzflächeninstabilitäten in binären Fluiden nahe dem kritischen Punkt

• Antragsteller: Dr.-Ing. Holger Marschall
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568906955

Ziel des vorliegenden bilateralen Forschungsprojekts ist es, den Einfluss von Grenzflächenspannungen auf Strömungen niedriger Reynolds-Zahl zu beschreiben und zu verstehen – insbesondere in Bereichen extrem schwacher Grenzflächenspannungseffekte nahe der Grenze der Mischbarkeit. Grenzflächeninstabilitäten, insbesondere deren Entstehung und spannungsabhängige Dynamik, bieten dabei einen vielversprechenden Zugang zur Untersuchung dieser Effekte. Um ein umfassendes Verständnis zu entwickeln, werden drei komplementäre Instabilitätsmechanismen in nah-kritischen Flüssig-Flüssig-Gemischen untersucht, bei denen die Grenzflächenspannung am kritischen Punkt verschwindet: Tropfenbildung & Rayleigh-Plateau-Instabilität (Strahlen und Flüssigkeitssäulen), Kelvin-Helmholtz-Instabilität (angetrieben durch tangentiale Schubspannungen an der Grenzfläche, nicht durch Grenzflächenspannung), Bénard-Marangoni-Instabilität (Kopplung von Auftriebskräften und Grenzflächenspannungseffekten bei Vorliegen eines Temperaturgradienten). Diese Auswahl ermöglicht es, den Einfluss der Grenzflächenspannung auf sehr unterschiedliche Instabilitätsmechanismen zu erfassen. Im Fokus steht dabei die Entwicklung dieser Instabilitäten bei systematischer Variation der Temperaturdifferenz zum kritischen Punkt – bis zum Überschreiten des kritischen Punkts selbst. Das Projekt ist wissenschaftlich hochrelevant, da es ein bislang ungelöstes Grundproblem adressiert: das komplexe Zusammenspiel zwischen Thermodynamik und Strömungsmechanik in einem universellen Rahmen. Dabei werden bestehende Stabilitätsdiagramme und Gesetzmäßigkeiten unter Nichtgleichgewichts-Bedingungen in Frage gestellt. Auch wenn der Schwerpunkt auf der grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnis liegt, sind die zu erwartenden Ergebnisse von erheblicher praktischer Bedeutung – etwa für Anwendungen in der Lösungsmittel-Extraktion, der verbesserten Erdölförderung oder der intravenösen Wirkstofffreisetzung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sakir Amiroudine; Dr. Jean-Pierre Delville