Forschungsprogramm

Forschungsprogramm

Technologische Bedeutung von Transport- und Benetzungsprozessen. Bild: Peter Stephan
Technologische Bedeutung von Transport- und Benetzungsprozessen. Bild: Peter Stephan

In vielen technischen Prozessen spielt die dynamische Be- oder Entnetzung von Oberflächen durch Flüssigkeiten eine wesentliche Rolle: beispielsweise bei der Druck- und Beschichtungstechnologie, in Wärmeübertragern mit Verdampfung oder Kondensation, in der Mikrofluidik und Lab-on-a-Chip-Technologie. Dabei sind die Be- und Entnetzungsvorgänge oft sehr eng und wechselseitig mit den lokalen Impuls-, Wärme- und Stofftransportvorgängen in unmittelbarer Nähe der fort- oder zurückschreitenden Dreiphasenkontaktlinie (Flüssigkeit/Gas/Festkörper) verknüpft. Obwohl diese physikalischen Phänomene sich nur auf einem räumlich äußerst kleinen Bereich von einigen Nano- bis wenigen Mikrometern Ausdehnung abspielen, bestimmen sie oft maßgeblich die Effektivität und Effizienz der gesamten technischen Prozesse sowie die Qualität der resultierenden Produkte.

Fragestellungen

Wechselwirkungen Transport-Benetzung. Bild: Peter Stephan
Wechselwirkungen Transport-Benetzung. Bild: Peter Stephan

Die grundlegenden Mechanismen dieser wechselseitigen Beeinflussung der Transport- und Benetzungsvorgänge sind bislang zu großen Teilen unverstanden. Bisherige Forschungen haben zwar die Zusammenhänge zwischen Benetzungscharakteristiken und den lokalen Fluidgeschwindigkeiten (Impulstransport) sehr intensiv untersucht, eine offensichtliche und große Forschungslücke besteht allerdings hinsichtlich der Wechselwirkungen zwischen Benetzung und Transportprozessen, wenn parallel zum Impuls- auch Wärme- bzw. Stofftransportvorgänge auftreten. Diese Forschungslücke ist noch größer, wenn komplexe Fluide (z.B. Suspensionen oder Gemische) und/oder komplexe Oberflächen (z.B. raue oder poröse) Verwendung finden.

Diese hochrelevanten Forschungslücken sollen im SFB 1194 sukzessive geschlossen werden. Dazu ist es erforderlich, grundlegende Vorgänge und Phänomene auf den sehr verschiedenen, relevanten Längenskalen (Nano-Mikro-Makro) zu beleuchten sowie eine Brücke zwischen den Grundlagen und den Anwendungen zu schlagen. Im SFB werden daher unterschiedliche Methoden und Expertisen aus verschiedenen Disziplinen verzahnt.

Leitkonfigurationen und gemeinsame Software

Die beiden generischen Leitkonfigurationen "Eintauchkörper" (links) und "Tropfen" (rechts) dienen als Versuchsplattformen, mit denen komplementäre wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Bild: Sebastian Keuth
Die beiden generischen Leitkonfigurationen „Eintauchkörper“ (links) und „Tropfen“ (rechts) dienen als Versuchsplattformen, mit denen komplementäre wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Bild: Sebastian Keuth

Der SFB umfasst 18 Teilprojekte in drei Teilprojektbereichen: (A) Generische Experimente, (B) Modellierung und numerische Simulation und (C) Neue und verbesserte Anwendungen. Als wichtige integrative Klammern und für die gemeinsame Fokussierung wurden zwei generische Leitkonfigurationen definiert sowie OpenFOAM als gemeinsame Softwareplattform ausgewählt. Die Leitkonfigurationen Eintauchkörper und Tropfen sind dabei einerseits Versuchsplattformen, mit denen eigenständig komplementäre wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Andererseits dienen sie als grundlegende Validierungsfälle für die Modellentwicklung und Simulation.