Ein numerisches Model für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Paul Steinmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Mechanische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265898722

Das übergreifende Ziel des Vorhabens in der Phase II ist die Weiterentwicklung der Interaktionsmodelle aus Phase I für die auf einem Lagrange-Euler Ansatz beruhende numerische Simulation von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluiddominierten Zweiphasenströmungen und deren Anwendung auf relevante Problemstellungen. Zunächst sollen die in Phase I vorgeschlagenen neuen Modelle für den durch Scherströmungen induzieren Querauftrieb von ellipsoiden Partikeln mittels DNS validiert werden. Gleichermaßen soll das Stokes Modell für die Strömungswiderstandskraft für den für kleine Partikel relevanten Fall von Strömungen im mittleren bis hohen Knudson Bereich verbessert werden. Die entwickelten Modelle sollen auch auf den Fall von Strömungen in dünnen Kanälen, wie sie etwa in der menschlichen Lunge auftreten, angewendet werden. Somit muss auch die Interaktion der nicht-sphärischen Partikel mit der Kanalberandung untersucht werden. Da in diesem Szenario auch Bereiche mit größerer Partikeldichte auftreten können, sollen die Partikel-Wand Interaktionsmodelle perspektivisch auch auf strömungsinduzierte Partikel-Partikel Kollisionen von nicht-sphärischen Partikeln erweitert werden. Mit diesen Modellentwicklungen sollen schließlich zwei komplexe Fragestellungen von kleinen nicht-sphärischen Partikeln in fluiddominierten Zweiphasenströmungen betrachtet werden: einerseits soll die ortsabhängige Ablagerung von mikroskopischen Glasfasern in den menschlichen Atemwegen und andererseits die Sedimentation nicht-sphärischer poröser Partikel mit inhomogener Massenverteilung in einem typischen Abwassersekundärklärbecken detailliert analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen