Verständnis mechanischer Deformationen in weichen, porösen Partikeln unter Berücksichtigung der Lösungsmittel-Matrix Wechselwirkungen: Experimente und coarse-grained DEM-Simulationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich; Professorin Dr.-Ing. Irina Smirnova
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572006271

Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der Auswirkungen mechanischer Belastungen auf weiche, poröse Partikel während ihrer Herstellung in Festbetten. Als repräsentative poröse Systeme werden Aerogele verwendet, die sich durch hohe Porosität, geringe Dichte und große spezifische Oberfläche auszeichnen. Ihre Herstellung umfasst mehrere Extraktionsschritte, bei denen die poröse Matrix unterschiedlichen Lösungsmittelgemischen mit variierenden Konzentrationsgradienten ausgesetzt wird. Dies führt zu signifikanten Änderungen in den mechanischen und strukturellen Eigenschaften der experimentell analysierten Partikel. Neben experimentellen Untersuchungen werden coarse-grained Diskrete Elemente Methode (DEM) Simulationen eingesetzt, um mechanische Deformationen während der Aerogel Herstellung zu analysieren, insbesondere unter Bedingungen, die experimentell schwer zugänglich sind, wie z. B. bei erhöhtem Druck. Darüber hinaus werden die DEM-Simulationen weiterentwickelt, um den Einfluss der Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Matrix auf das mechanische Verhalten der Gele sowie deren Reaktion auf mechanische Belastungen zu implementieren. Dieses Projekt beginnt mit der detaillierten Analyse einzelner Partikel und wird schrittweise auf Festbetten unterschiedlicher Größenordnungen ausgeweitet. Der Fokus verlagert sich dann auf dynamische Prozesse während des Lösungsmitteltauschs und der überkritischen Trocknung, wobei DEM-Simulationen mit Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen kombiniert werden. Das übergeordnete Ziel besteht darin, das mechanische Verhalten der Partikel präzise vorherzusagen und Prozessbedingungen zu definieren, die die strukturelle Integrität und die gewünschten Eigenschaften der Partikel während der großtechnischen Produktion sicherstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefan Radl