Laufende Projekte

DEM-Simulation der 3D-Strukturbildung durch die Abscheidung von geladenen Nanopartikeln in elektrischen Feldern

Titel

DEM-Simulation der 3D-Strukturbildung durch die Abscheidung von geladenen Nanopartikeln in elektrischen Feldern

Finanzierung

MWK, 12.2016-11.2019

BearbeiterM.Sc. Hector Fernando Rusinque Olaya

 

Im Rahmen des Promotionsprogramm „Selbstorganisierte multifunktionale Strukturen für den adaptiven Hochleistungsleichtbau“ am Campus Funktionswerkstoffe der TU Clausthal werden im vorliegenden Projekt mit numerischen Verfahren der Strukturaufbau von elektrisch geladenen Partikeln an Oberflächen untersucht. Die Basis für die Berechnungen ist die Diskrete Elemente Methode (DEM), die sich in den letzten Jahren als universelles Werkzeug für die Modellierung des Transports und der Interaktion von Partikeln etabliert hat. Die Methode ermöglicht die Untersuchung des Einflusses von elektrischen Feldern auf den Transport und die Abscheidung von Partikeln. Im Rahmen des Promotionsprogramms sollen nach methodischen Weiterentwicklungen morphologische Studien zur Abscheidung von elektrisch geladenen Nanopartikeln abhängig von äußeren elektrischen Feldern, aerodynamischen Kräften etc. durchgeführt werden. Dies schließt den Transport von Ladung in der abgeschiedenen Schicht mit ein. Die geplanten Berechnungen sind sehr rechenintensiv weswegen voraussichtlich die Rechner des Norddeutschen Verbunds für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) eingesetzt werden sollen. Das vorliegende Teilprojekt wird in enger Kooperation mit dem Projekt 4 im Promotionsprogramm (Elektrodynamisch kontrollierter Aufbau von 3D-Strukturen aus Funktionsnanopartikeln) und Projekt 5 (Analytische Berechnung von 2D- und 3D-Strukturen maximaler Entropie und neuer Material-Modifikationen) durchgeführt.

 

Kooperation: 

Professor Dr. Alfred Weber
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik

Prof. Dr. rer. nat. Heinz Sturm
Fachbereich Nanotribologie und Nanostrukturierung von Oberflächen (BAM Berlin)

 

Link: http://www.campus-fws.de/


Entwicklung eines Ultraschall-Reaktors zur Wertmetallrückgewinnung aus Reststoffen der stahl- und metallverarbeitenden Industrie

Titel

Entwicklung eines Ultraschall-Reaktors zur Wertmetallrückgewinnung aus Reststoffen der stahl- und metallverarbeitenden Industrie

Finanzierung

AiF, 09860/15, 2016 - 2018

BearbeiterM.Sc. Sergey Lesnik

 

Der weltweite Verbrauch und die zunehmende Knappheit von Rohstoffen erfordern eine Schonung von Ressourcen sowie eine effiziente Nutzung der Rohstoffe. Beispielsweise werden in der Hartmetallindustrie strategisch wichtige Rohstoffe wie Titan, Kobalt, Wolfram, Nickel eingesetzt, deren Rückgewinnung aus Produktionsrückständen oder Schrott wirtschaftlich sinnvoll ist. Bei hydrometallurgischen Rückgewinnungsverfahren werden in einem Reaktor durch Einsatz eines Lösemittels Metalle aufgelöst. Für eine effiziente und wirtschaftliche Aufbereitung und Rückgewinnung von Wertstoffen durch chemische Laugung besteht Bedarf an effizienter Reaktortechnik. Ziel der neuen Reaktorentwicklung ist eine durch Ultraschall beschleunigte chemische Laugung. Die Auflösungsgeschwindigkeit der Schrotteile wird durch Ultraschall verursachte Kavitation gesteigert. In diesem Forschungsvorhaben sollen numerische Berechnungen eingesetzt werden, um das Ultraschallfeld im Reaktor zu charakterisieren und den Einfluss von baulichen Variationen der Reaktorgeometrie auf das Schallfeld zu quantifizieren. Eine wirtschaftliche und technische Relevanz der geplanten Arbeiten liegt des Weiteren in der Quantifizierung der Auflösungsreaktion durch Labor- und Technikumsversuche, welche von dem Projektpartner, dem VDEh-Betriebsforschungsinstitut aus Düsseldorf ausgetragen werden.


Messung und Modellierung von Blasenpopulationen in akustischer Kavitation

Titel

Messung und Modellierung von Blasenpopulationen in akustischer Kavitation

Finanzierung

DFG Normalverfahren, BR 1864, 2014-2016

BearbeiterM.Sc. Sergey Lesnik

 

Das Projekt befasst sich mit der Modellierung der akustischen Wellen, dadurch entstehenden Kavitationsbläschen und deren Wechselwirkung, sowohl untereinander als auch mit der umgebenden Flüssigkeit. Akustische Kavitation wird in der chemischen und mechanischen Verfahrenstechnik (Sonochemie) eingesetzt. Die gegenwärtig eingesetzten numerischen Verfahren sind nicht in der Lage, die auftretenden komplexen Mechanismen zufriedenstellend abzubilden. Ziel des Projektes ist es, durch den kombinierten Einsatz von neuartigen numerischen Verfahren und modernen Messverfahren die Ausbreitung und Wirkung der akustischen Kavitation besser vorhersagen zu können. Der experimentelle Teil wird vom Projektpartner, dem III. Physikalischen Institut der Georg-August-Universität Göttingen, durchgeführt.

Die Animation zeigt den mittleren Schnitt durch eine Küvette, die mit zwei Ultraschallwandlern am Boden ausgestattet ist. Die untere Legende „Ap“ beschreibt den Schalldruck. Die Kavitationsblasen sind überdimensioniert dargestellt. Der tatsächliche Durchmesser kann anhand der linken Legende abgelesen werden.


Verbesserung des diffusiven Stofftransports in hierarchisch aufgebauten Fischer-Tropsch-Katalysatoren

Titel

Verbesserung des diffusiven Stofftransports in hierarchisch aufgebauten Fischer-Tropsch-Katalysatoren

Finanzierung

DFG Schwerpunktprogramm 1570, 2011 - 2017

BearbeiterDipl.-Ing. Eugenia Barthelmie

Das Porensystem eines Cobalt-basierten Katalysators für die Fischer-Tropsch-Synthese ist bei typischen Reaktionsbedingungen vollständig mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt. Dies führt zu einer geringeren Katalysatorausnutzung und insbesondere zu reduzierter Selektivität und verringertem Umsatz in Hinblick auf langkettige Kohlenwasserstoffe durch Bildung von unerwünschtem Methan. Der Zusammenhang zwischen Porenmorphologie und der Katalysatoraktivität sowie Produktselektivität wird in Kooperation mit dem Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik (ICVT) und dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (MVT) der TU Clausthal in diesem Projekt untersucht. Dazu werden Transportvorgänge und chemische Reaktionen in flüssiger Phase innerhalb multimodaler synthetisch generierter sowie per Computertomographie aufgenommener realer Porensysteme am ITM numerisch quantifiziert. Als numerische Verfahren zur Bestimmung der Transport- und Reaktionskoeffizienten dienen die Lattice-Boltzmann und die Random-Walk-Particle-Tracking Methoden wegen ihrer hohen räumlichen Auflösung. Die ermittelten Parameter werden an die AG Turek des ICVT zur Prozesssimulation und Katalysatorcharakterisierung in einem Fischer-Tropsch-Reaktormodell übergeben; gemeinsam mit der AG Weber des MVT werden Optimierungsstrategien für Schichtaufbauten aus sog. Building Blocks erprobt. So zeigen theoretische und experimentelle Arbeiten vorangegangener Projektphasen, dass größere, insbesondere parallele, zylindrische Transportporen in der Katalysatorstruktur die Zugänglichkeit des Porensystems deutlich verbessern. Eine weitere Steigerung der Katalysatorausnutzung soll durch eine möglichst omniphobe Beschichtung der Porenoberflächen erreicht werden, sodass sie weitgehend frei von flüssigen Produkten bleiben. Derartigen Poren werden im Projekt mit unterschiedlichen Methoden hergestellt, theoretisch modelliert und experimentell erprobt.


 

Weitere Info

 


Numerisch intensive Simulationen auf einer integrierten Recheninfrastruktur

Titel

Numerisch intensive Simulationen auf einer integrierten Recheninfrastruktur

Finanzierung

SWZ (56110660), 2016-2018

Bearbeiter

Alexander Bufe, M. Sc.

Dieses Projekt stellt eine Kooperation mit der Arbeitsgruppe Prof. Grabowski, Uni Göttingen, und der Arbeitsgruppe Prof. Yahyapour, GWDG, dar. Zusätzliche Unterstützung bei der Weiterentwicklung der numerischen Lösungsverfahren für den Anwendungsfall erhält das Projekt von der Arbeitsgruppe von Prof. Deiterding der Universität Southampton. Der am Institut für Technische Mechanik bearbeitete Projektteil hat die folgenden Ziele: Aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht ist Ziel des vorliegenden Projektes, das Verständnis von Stofftransport und -umwandlung in porösen Materialien weiter zu entwickeln. Hintergrund des Projektes ist der zunehmende Bedarf in verschiedenen Bereichen der Ingenieurwissenschaften, z.B. der chemischen Verfahrenstechnik, poröse Materialien gezielt zu designen und beispielsweise als Träger für Katalysatoren mit optimierten Umsatzraten und Selektivität einzusetzen. Hierfür ist es notwendig, die Morphologie-Transport-Beziehungen unter Einbeziehung von chemischen Reaktionen genauer als bisher möglich vorhersagen zu können. Aus mathematischer Sicht ist die zentrale Aufgabe die Weiterentwicklung von geeigneten numerischen Berechnungsverfahren. Als Ausgangspunkt hierfür sind geleistete Vorarbeiten der Kooperationspartner auf den Gebieten der numerischen Strömungsmechanik, insbesondere der Lattice-Boltzmann (LB) Methodik, der adaptiven Gitterverfeinerung und dem parallelen und Hochleistungsrechnen sowie Cloud-Computing. Die theoretischen Modelle für die Berechnung von mehrphasigen Fluiden in derartigen Strukturen auf Basis der LB Methode existieren bisher ansatzweise. Um diese Verfahren zur Berechnung von technisch relevanten porösen Strukturen einsetzen zu können, sind aber weitergehende Entwicklungen notwendig um die auf sehr unterschiedlichen Längenskalen ablaufenden Prozesse im numerischen Verfahren auflösen zu können.

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. phil. nat. Jens Grabowski
Institut für Informatik, Georg-August-Universität Göttingen

Prof. Dr. rer. nat. Ramin Yahyapour
Institut für Informatik, Georg-August-Universität Göttingen
und Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen

Prof. Dr. rer. nat. Ralf Deiterding
University of Southampton, England

 

Weitere Info

 

 


 

Kontakt  Suche  Sitemap  Datenschutz  Impressum
© TU Clausthal 2017