Microstructure – Fluid Dynamics
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Fei Wang, Dr. Haodong Zhang
Forschung
Die Forschungsaktivitäten der Gruppe von Dr.-Ing. Fei Wang fokussieren sich auf die mikrostrukturelle Entwicklung von Phasen in Verbindung mit einer fluiden Dynamik und der Phasentransformation in unvermischbaren Flüssigkeiten und nanoporösen Strukturen. Das Forschungsziel ist es, Eindrücke über die Kinetik mikrostruktureller Evolutionen und Muster, welche sich im Gleichgewicht oder Ungleichgewicht befinden, zu erhalten. Dabei bleibt die Herausforderung, theoretische Berechnungen mit numerischen Simulationen oder experimentellen Ergebnissen zu verbinden, da die Korrektheit der Simulation von den gegebenen thermodynamischen und kinetischen Daten abhängt. Anwendung findet die Forschung in der industriellen Produktion, wie beispielsweise beim Tintenstrahldrucker oder der Herstellung von Nanopartikeln.
Durch die Anwendung der Phasenfeldmethode konzentriert sich die Forschung der Gruppe auf den mikrostrukturellen Evolutionsprozess, bei dem sowohl die Fluiddynamik als auch die Diffusion vorhanden sind. Zwei unterschiedliche Phasenfeldansätze, nämlich Cahn-Hilliard- und Allen-Cahn-Modelle, die mit Navier-Stokes-Gleichungen gekoppelt sind, werden angewendet, um bestimmte physikalische Probleme zu modellieren. Die Gruppe arbeitet an den folgenden Forschungsschwerpunkten.
Benetzung
Es werden verschiedene Benetzungsphänomene wie reaktive Benetzung beim Löten, Trägheitsbenetzung auf strukturierten Strukturen und Benetzungsübergänge in Abhängigkeit von der Temperatur oder der Zusammensetzung berücksichtigt.
Grenzflächeninstabilität
In der Fluiddynamik besteht eine typische Grenzflächeninstabilität darin, dass das Wasser beim Öffnen eines Wasserhahns zu rinnen beginnt und in eine Tröpfchenkette zerfällt. Ähnlich kann ein dünner Flüssigkeitsfilm auch in Tröpfchen oder Flüssigkeitsringe zerfallen. Das Problem wird komplexer, wenn die flüssige Phase mit einer festen Phase in Kontakt steht, wobei der Benetzungsmechanismus berücksichtigt werden muss. Zu diesem Thema werden Grenzflächenentwicklungen und -instabilitäten untersucht, indem theoretische Modelle entwickelt und numerische Simulationen durchgeführt werden, die auf den Phasenfeldmethoden basieren.
Bildung poröser Strukturen aus Polymerlösungen
Poröse Strukturen können durch spinodale Zersetzung aus Polymerlösungen gebildet werden. Während des Strukturbildungsprozesses werden zwei Stufen angenommen: In der ersten Stufe wird die Lösung als flüssige Phase betrachtet, in der die Oberflächenspannung und der Phasenübergang die mikrostrukturelle Entwicklung dominieren. In der zweiten Stufe findet eine Gelierung statt, bei der die aus der Phasentrennung resultierenden Tröpfchen fest sind. Hierbei müssen viskoelastische Eigenschaften berücksichtigt werden. Für diesen Strukturbildungsprozess soll ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell entwickelt werden.
Erstarrung
Das Phasenfeldmodell wird so angepasst, dass der Phasenübergang beispielsweise beim Dendritenwachstum, der monotektischen Reaktion, der peritektischen Reaktion und der eutektischen Reaktion untersucht werden kann, wo Diffusion und Konvektion eine Rolle spielen.
Starrkörperbewegung
Im Gegensatz zu den Partikeln aus weicher Materie mit endlichen Verformungen im Bildungsprozess poröser Strukturen werden hier Starrkörperpartikel betrachtet, bei denen die Verformung Null ist. Zu diesem Thema wird derzeit ein Phasenfeldmodell entwickelt.
Name | Tätigkeit |
---|---|
Dargahi Noubary, Kaveh | Wissenschaftlicher Mitarbeiter |
Farzaneh Kalourazi, Saeideh | Wissenschaftliche Mitarbeiterin |
Zhang, Haodong | Wissenschaftliche Mitarbeiter |
3 weitere Personen sind nur innerhalb des KIT sichtbar. |
Cai, Y.; Wang, F.; Zhang, H.; Nestler, B.
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