Detailseite
Projekt
Nanopartikelentstehung aus Prekursor-beladenen Tröpfchen: Strömungssimulation; Populationsdynamik von Partikeln und Tröpfchen; experimentelle Validierung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Frank Einar Kruis; Professor Dr. Dominique Thévenin; Professor Dr. Hartmut Wiggers
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Strömungsmechanik
Technische Chemie
Strömungsmechanik
Technische Chemie
Förderung
Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 375857056
Der Übergang von der Flüssig- in die Gasphase und das sich daran anschließende beginnende Partikelwachstum ist im Bereich der Sprayflammensynthese ein wenig untersuchtes Forschungsgebiet. Dabei fehlt es bisher sowohl an geeigneten experimentellen Untersuchungsmöglichkeiten als auch an numerischen Modellen, diese Phasenübergänge im Verlauf der Sprayflammensynthese umfassend zu beschreiben. Somit bleiben wichtige Teilschritte auf dem Weg vom Spray zum Partikel im Bereich der Spekulation. Dieses Projekt hat es sich zum Ziel gesetzt, in einem Sprayflammenreaktor den Übergang von der flüssigen (Tropfen)-Phase in die feste Partikel- Phase detailliert zu untersuchen. Dabei kommt eine Kombination aus experimentellen und numerischen Werkzeugen zum Einsatz, die sich in ihren Möglichkeiten hervorragend ergänzen. Diese Arbeiten sollen insbesondere dazu dienen, den Übergang von der Spray/Tropfenphase in die Partikelphase zu untersuchen und so die Partikelentstehungsprozesse besser zu verstehen, um daraus relevante Parameter bezüglich einer zielgerichteten Sprayflammensynthese zu identifizieren, die dann zur Prozessoptimierung und zur Skalierung des Verfahrens verwendet werden können. In der ersten Projektperiode stand die Untersuchung der Partikelentstehungsvorgänge im unteren Flammenbereich im Mittelpunkt. Die Ergebnisse der Fluiddynamik-Simulation lieferten dabei Angaben zu Temperatur- und Konzentrationsgradienten, unter denen Partikel entstehen können. Die Anwendung dieser Ergebnisse in der Populationsdynamik führte zur Neubewertung der bisher verwendeten Methoden zur Modellierung der Partikelentstehung. Die entwickelte Partikelmesstechnik erwies sich als geeignet für die Probenahme im unteren Flammenbereich, in dem die Primärpartikel entstehen. Die enge Zusammenarbeit der Antragsteller ermöglichte eine thematische Abdeckung wesentlicher Prozesse der Nanopartikelproduktion in Sprayflammen: dabei fokussiert die AG Kruis auf die komplexen partikulären Prozesse, die die Entwicklung der Nanopartikel kontrollieren, während die AG Thévenin Spray, Verdampfung und reaktive Gasphase detailliert untersucht; diese zwei numerischen Projekte profitieren im Sinne des Abgleichs und der Validierung von den systematischen Experimenten aus der AG Wiggers, die auch neue Modellierungsfragen aufwerfen.In der zweiten Antragsperiode wird der Einfluss der Stoffzusammensetzung der Pilotflamme und des Dispersionsgases untersucht und werden alternative Lösungsmittel erforscht. Die numerischen Modelle werden mit Mehrkomponentenverdampfung, Reaktionen in der Flüssigkeit und Vorgängen in der Gasphase direkt in Tropfennähe erweitert. Die Stabilität der Sprayverbrennung wird auch numerisch sowohl mit DNS als auch mit dem Monte-Carlo Populationsbilanz-Methode untersucht, um einen Beitrag zum Verständnis der Ursache möglicher Mikro-Explosionen zu leisten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
