Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVT)

Makro- und Mikrofluiddynamik

Im Bereich der Fluiddynamik existieren Phänomene auf unterschiedlichen Größenskalen. Daher werden am IMVT sowohl Effekte in der Mikro-, als auch in der Makrofluiddynamik untersucht.

In der Strömungsmechanik müssen je nach Problemstellung verschiedene Größenbereiche betrachtet werden. Vom mikroskaligen (nm/µm) bis hin zum makroskaligen Bereich (cm/m) treten Phänomene auf, die den jeweiligen Prozess entscheidend beeinflussen können. Daher müssen bei vielen Prozessen Untersuchungen in verschiedenen Skalen durchgeführt werden.

Forschungsprojekte

Überall, wo Wärmetauscher eingesetzt werden, gilt: Die Ansprüche an sie werden zunehmend größer. Gewünscht ist eine hohe Wärmeübertragungsleistung bei möglichst niedrigem Druckverlust, verbunden mit einer leichten und kompakten Bauweise.

Daher werden die Abmessungen von Wärmetauscherrohren auf Kanaldurchmesser von unter einem Millimeter verkleinert. In dieser Größenordnung gelten jedoch die herkömmlichen Berechnungskorrelationen nicht mehr oder nur noch eingeschränkt, da sie anhand von Experimenten an Rohren größeren Durchmessers entwickelt wurden. Es fehlen bisher also zuverlässige Auslegungskriterien für solche neu entwickelten Wärmetauschergeometrien, und zwar sowohl beim ein- wie auch beim zweiphasigen Wärmeübergang.

Ziel des Forschungsprojektes ist die experimentelle und numerische Untersuchung des Wärmeübergangs und Druckverlustes in Mikrokanälen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Optimierung von Wärmetauschern mit Mikrokanälen ermöglichen.

Die Miniaturisierung bestehender Prozesse in der Mikroverfahrenstechnik, das Streben nach Effizienzsteigerung in der chemischen Technik oder die Weiterentwicklung von Gassensoren erhöhen ständig den Anspruch an die mathematischen Modelle zur Beschreibung der komplexen physikalischen Vorgänge in Mikrostrukturen. Letztlich ist es das Ziel, alle relevanten physikalischen und chemischen Prozesse in einem einzigen Simulationswerkzeug zu berücksichtigen.

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Die mathematisch-physikalische Beschreibung des Wachstums eines Polymerschaums soll am Beispiel der Restentgasung von hochviskosen Polymeren gezeigt werden. Ziel ist es, das Blasenwachstum und somit die Schaumvolumenentwicklung sowie die Konzentrationsverläufe der Komponenten und den Entgasungserfolg zu beschreiben.

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Oft sollen Eigenschaften von Werkstoffen gezielt optimiert werden, die auf der zu betrachtenden Größenskala mit herkömmlichen, messtechnischen Methoden nur schwer zugänglich sind. Mithilfe der numerischen Simulation können nun wertvolle Einblicke gewonnen werden.

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Polyurethan(PU)-Schäume werden in vielen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt. Die numerischen Simulationen des Produktionsprozesses sollen die Anzahl der nötigen Experimente am Bauteil reduzieren und zu einer Produktverbesserung beitragen.

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Viele Aluminiumlegierungen gelten mit den herkömmlichen Schmelzschweißverfahren als nicht schweißbar. Das Verfahren des Rührreibschweißens kann diese Nachteile kompensieren. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer gekoppelten fluid- und strukturmechanischen Simulationsmethode für den Rührreibschweißprozess.

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Ziel des Projekts ist es, ein Konzept für ein energieeffizientes System zum Erhitzen, Trocknen, Auftauen, Warmhalten und Backen von Lebensmitteln zu entwickeln.

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Kontakt

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Prof. Ph.D.

Carsten Mehring

Institutsleitung

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M. Sc.

Benjamin Bischof

wissenschaftlicher Mitarbeiter

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