Nano- und Mikrofluidmechanik

Aufnahme der Hydratbildung in einem Zerstäubersystem
Hydratbildung in einem Zerstäubersystem

In diesem Forschungsbereich stehen hauptsächlich die numerische Simulation von kleinskaligen Strömungen im Umwelt- und Ingenieursbereich im Fokus. Dort dominieren viskose und Oberflächenkräfte wie die Oberflächenspannung gegenüber inertialen und Volumenkräften (wie die Schwerkraft), die nur eine untergeordnete Rolle spielen. Auf noch kleineren Skalen im Submikrometerbereich beginnt die Nano-Strömungsmechanik, wo die Kontinuumsannahme nicht mehr gilt und das Verhalten einzelner Moleküle betrachtet wird. Mikro- und Nanofluidik haben ein breites Anwendungsspektrum im medizinischen, chemischen und biologischen Bereich.

Neben der Mikro- und Nanofluidik befasst sich die Gruppe mit Scher- und Drehströmungen sowie Wärmeübertragung. Insbesondere wird auch der Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung bei ansteigender Strömungsgeschwindigkeit untersucht, was für den Transport von Flüssigkeiten (Pipelines) sowie für geo-und astrophysikalischen Anwendungen von besonderer Bedeutung ist

In der Herangehensweise finden Theorie, Modellbildung und wirklichkeitsgetreue Computersimulationen der Strömungsgleichungen Anwendung. Zur Beurteilung der Ergebnisse wird mit Programmen zur Strömungsvisualisierung und mit statistischen Methoden gearbeitet, um ein besseres Verständnis für die zu Grunde liegenden physikalischen Zusammenhänge zu erarbeiten. Außerdem wird die Dynamik der Störmungen mit der Theorie dynamischer Systeme und Bifurkationstheorie analysiert. Neben Simulationen finden in der Forschungsarbeit ebenso experimentelle Untersuchungen Anwendung.

Term: July 1, 2018 - June 30, 2021
Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Project leader:

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Term: April 1, 2017 - March 31, 2020
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,

Die Trocknung bzw. das Entfernen von Wasser stellt in der Lebensmittelherstellung eine zentrale Grundoperation dar, die hinsichtlich des Erhalts der Qualität und der Menge der zu behandelnden Produkte hohe Anforderungen stellt. So kann eine Reduktion des Wassergehalts einerseits dazu beitragen, dass Produkte ihre Funktionalität erhalten, während der Weiterverarbeitung und bei der Lagerung weniger anfällig sind oder dazu, dass Kosten für Verpackung, Lagerung und Transport eingespart werden. Ande…

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Die aktulee oder kürzlich behandelten Themen lassen sich in zwei Gruppen einteilen:

  • Simulation
    • Strömungen in Mikro- und Nanokanälen
    • Blasenströmungen
    • Dünnschichtströmungen
    • Kapillar- und Oberflächenspannungsphänomene
    • Ganzheitliche Massen- und Energiesimulation
  • Hochdruckprozesse
    • Hcohdrucktechnologie
    • Hydrat-Technologie
    • Hochdruckmessverfahren

Die numerischen Simulationen der Navier-Stokes-Gleichungen werden, abhängig von den Besonderheiten der zu untersuchenden Problemstellung, mit unterschiedlichen Methoden durchgeführt:

  • Finite-Differenzen-Methoden
  • Finite-Elemente-Methoden
  • Spektralmethoden

Für die Simulationen wird auf Hochleistungs-Rechencluster wie JUROPA des Jülich Supercomputer Center zurückgegriffen, die Parallelisierung mittels OpenMP und MPI ermöglichen

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