Einfluss der Partikellagerung auf den strömungsinduzierten Einsatz der Partikelbewegung

• Applicant: Professor Dr. Andreas Wierschem
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2010 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 179897019

Das strömungsinduzierte Lösen und Entfernen von Feststoffpartikeln von einem festen Untergrund ist von grundlegender Bedeutung in einer Vielzahl natürlicher wie industrieller Systeme. Beispielhaft seien der Sediment- bzw. Granulattransport in Fließgewässern sowie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, die Reinigung von Oberflächen z.B. in Produktionsanlagen und von Wafern, Filtration, Mikrofluidik oder auch der Partikeltransport in Atemwegen genannt. Aufgrund ihrer großen Bedeutung werden sowohl das Einsetzen des Partikeltransports als auch das Entfernen der Partikel von der Oberfläche sowohl theoretisch als auch experimentell intensiv untersucht.Während die Bewegung einzelner Partikel auf ebenen Wänden als recht gut verstanden gelten kann, gilt dies nicht für Partikelanhäufungen und Sedimentschichten. Dies resultiert zum einen daraus, dass das Entfernen der Partikel vor allem bei turbulenten Strömungen untersucht wurde, zum anderen wurde bisher ausschließlich der Einsatz der Bewegung irregulär angeordneter Partikel auf ebenen Unterlagen oder in eingeebneten aber willkürlich angeordneten Sedimentschichten untersucht. In der Beschreibung bleibt die genaue Partikelanordnung unberücksichtigt. So bleiben auch die genauen Mechanismen wie Einfluss von Druck und Schubspannung, die genaue Lagerung der Partikel, Abschattung durch Nachbarpartikel oder durch das Ruhen der Partikel in Vertiefungen unklar. Zudem sind auch die kritischen Zeitdauern für den Einsatz der Partikelbewegung nicht bekannt.Im Rahmen des beantragten Projekts soll der Einfluss der Partikellagerung auf den strömungsinduzierten Einsatz der Partikelbewegung experimentell untersucht werden. Zu diesem Zweck soll auf einem regelmäßig angeordneten Substrat aus identischen Partikeln systematisch die Anzahl der Kontaktpunkte, die Orientierung des Substrats bzgl. der Strömungsrichtung und der Gitterabstand des Substrats variiert werden. Neben der Messung der kritischen Kennzahlen für den Einsatz der Bewegung unter stationärer Scherströmung sollen die kritischen Zeitdauern für den Einsatz der Bewegung im überkritischen Parameterbereich bestimmt werden. Ausgehend von Messungen an Einzelpartikeln auf dem Substrat sollen die Untersuchungen auf Partikelgruppen auf dem Substrat und schließlich auf eine geschlossene Partikelschicht ausgeweitet werden.

• DFG Programme: Research Grants