Rodion Groll entwickelt einen Modellansatz, um Transportvorgänge der Thermo- und Fluiddynamik, die primär als kontinuumsmechanische Prozesse interpretiert werden, als Summe diskreter Teilchenbewegungen zu beschreiben. Temperaturgradienten beeinflussen wie die Bewegung elektrisch neutraler und geladener Teilchen die räumliche und zeitliche Änderung der als kontinuierlich betrachteten Größen. Eine diesen Flüssen zu Grunde liegende disperse Teilchenbewegung wird in der makroskopischen Beschreibung als nicht materieller Transport oder eben als Diffusion bezeichnet. Der Autor verwendet statistische Methoden, welche bislang für den Meso- bis Makroskalenbereich in der Turbulenzmodellierung Anwendung fanden, um nun im Mikro- bis Meso-Skalenbereich den physikalischen Kontext vom Phasenübergang in Mehrphasengemischen über die molekulare Gasdynamik bis hin zur Plasmadiffusion mathematisch zu beschreiben.
Aktualisiert: 2023-07-03
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Rodion Groll entwickelt einen Modellansatz, um Transportvorgänge der Thermo- und Fluiddynamik, die primär als kontinuumsmechanische Prozesse interpretiert werden, als Summe diskreter Teilchenbewegungen zu beschreiben. Temperaturgradienten beeinflussen wie die Bewegung elektrisch neutraler und geladener Teilchen die räumliche und zeitliche Änderung der als kontinuierlich betrachteten Größen. Eine diesen Flüssen zu Grunde liegende disperse Teilchenbewegung wird in der makroskopischen Beschreibung als nicht materieller Transport oder eben als Diffusion bezeichnet. Der Autor verwendet statistische Methoden, welche bislang für den Meso- bis Makroskalenbereich in der Turbulenzmodellierung Anwendung fanden, um nun im Mikro- bis Meso-Skalenbereich den physikalischen Kontext vom Phasenübergang in Mehrphasengemischen über die molekulare Gasdynamik bis hin zur Plasmadiffusion mathematisch zu beschreiben.
Aktualisiert: 2023-07-03
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Rodion Groll entwickelt einen Modellansatz, um Transportvorgänge der Thermo- und Fluiddynamik, die primär als kontinuumsmechanische Prozesse interpretiert werden, als Summe diskreter Teilchenbewegungen zu beschreiben. Temperaturgradienten beeinflussen wie die Bewegung elektrisch neutraler und geladener Teilchen die räumliche und zeitliche Änderung der als kontinuierlich betrachteten Größen. Eine diesen Flüssen zu Grunde liegende disperse Teilchenbewegung wird in der makroskopischen Beschreibung als nicht materieller Transport oder eben als Diffusion bezeichnet. Der Autor verwendet statistische Methoden, welche bislang für den Meso- bis Makroskalenbereich in der Turbulenzmodellierung Anwendung fanden, um nun im Mikro- bis Meso-Skalenbereich den physikalischen Kontext vom Phasenübergang in Mehrphasengemischen über die molekulare Gasdynamik bis hin zur Plasmadiffusion mathematisch zu beschreiben.
Aktualisiert: 2023-07-03
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Aktualisiert: 2023-06-22
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Aktualisiert: 2023-06-22
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In den letzten Jahrzehnten wurde ein starker Anstieg des Energiebedarfs in allen
Bereichen der globalen Wirtschaft und der Gesellschaft verzeichnet. Dieser Trend wird auch zukünftig anhalten. Um die Folgen der daraus resultierenden Klimaerwärmung auf den Planeten einzudämmen müssen hocheffiziente Prozesse zur drastischen Senkung der Schadstoffemissionen und zur Verringerung des Verbrauchs von
Primärenergieträgern entwickelt werden. Zur Optimierung von Energieumwandlungsprozessen kommen sowohl experimentelle als auch numerische Methoden zum Einsatz. Vertrauenswürdige und validierte numerische Verfahren ermöglichen detaillierte Vorhersagen der vorherrschenden Phänomene in relativ kurzer Zeit bei klar definierten Randbedingungen.
An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an. Es werden detaillierte numerische Vorhersagen des Verhaltens von mono- und bifluiden Einzeltropfen unter geringer stoßartiger aerodynamischer Last mit Hilfe der Lagrangeschen Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) untersucht. Im Focus stehen die Deformation, die Schwingung und die Trajektorie der Tropfen. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass die eingesetzte SPH-Methode die komplexen mehrphasigen Vorgänge bei erzwungenen Formschwingungen in hoher Genauigkeit wiedergibt. Zudem wird die Methode durch ein allgemeines Dreiphaseninteraktionsmodell erweitert und als Werkzeug zur Plausibilisierung, Kalibrierung und Neuentwicklung von vereinfachten Modellen und Methoden verwendet.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die messtechnische Charakterisierung von Mehrphasenströmungen bildet die Grundlage für einen sicheren, energieeffizienten und wirtschaftlichen Betrieb von Produktionsanlagen. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Anwendbarkeit der Mikrowellentomografie (MWT) zur Charakterisierung von Mehrphasenströmungen. Die zentrale Aufgabenstellung ist die Entwicklung eines Systemkonzepts und neuartiger Hardwarekomponenten, wobei die Leistungsfähigkeit des Systems durch einen großen Nutzfrequenzbereich der Komponenten optimiert wird.
Im Rahmen der Arbeit wird ein ultra-breitbandiger MWT-Sensor entwickelt, der eine prozessgerechte Integration sowie die Abbildung von schnell veränderlichen Mehrphasenströmungen ermöglicht. Letzteres erfordert eine schnelle und hochgenaue Messung der S-Parameter des Sensors, die maßgeblich durch die elektromagnetischen Eigenschaften der Strömung beeinflusst werden. Dazu wird eine breitbandige Erfassungseinheit konzipiert, die eine parallele Messung aller Wellengrößen entsprechend des CW- bzw. FMCW-Verfahrens erlaubt. Ein Vergleich der Betriebsmodi zeigt, dass das FMCW-Verfahren vorteilhaft in Bezug auf die Kombination aus Messwiederholrate und Messrichtigkeit ist.
Die Eignung des MWT-Systems zur Abbildung von Mehrphasengemischen wird im Rahmen dieser Arbeit simulativ und experimentell untersucht. Die Lösung des inversen Streuproblems erfolgt mittels des linearen NOSER-Verfahrens, das eine Bestimmung der Permittivitätsverteilung mit hoher Wiederholrate erlaubt. Der große Nutzfrequenzbereich des entwickelten Systems erlaubt eine kontrastabhängige Anpassung der Rekonstruktionsfrequenz, wodurch die Abbildung stark unterschiedlicher Materialverteilungen und eine Optimierung der Genauigkeit ermöglicht werden. Es wird gezeigt, dass das entwickelte MWT-System eine Charakterisierung von Mehrphasengemischen erlaubt und demnach zur Überwachung, Regelung und Optimierung von verfahrenstechnischen Prozessen genutzt werden kann.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Rodion Groll entwickelt einen Modellansatz, um Transportvorgänge der Thermo- und Fluiddynamik, die primär als kontinuumsmechanische Prozesse interpretiert werden, als Summe diskreter Teilchenbewegungen zu beschreiben. Temperaturgradienten beeinflussen wie die Bewegung elektrisch neutraler und geladener Teilchen die räumliche und zeitliche Änderung der als kontinuierlich betrachteten Größen. Eine diesen Flüssen zu Grunde liegende disperse Teilchenbewegung wird in der makroskopischen Beschreibung als nicht materieller Transport oder eben als Diffusion bezeichnet. Der Autor verwendet statistische Methoden, welche bislang für den Meso- bis Makroskalenbereich in der Turbulenzmodellierung Anwendung fanden, um nun im Mikro- bis Meso-Skalenbereich den physikalischen Kontext vom Phasenübergang in Mehrphasengemischen über die molekulare Gasdynamik bis hin zur Plasmadiffusion mathematisch zu beschreiben.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-03-14
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In den letzten Jahrzehnten wurde ein starker Anstieg des Energiebedarfs in allen
Bereichen der globalen Wirtschaft und der Gesellschaft verzeichnet. Dieser Trend wird auch zukünftig anhalten. Um die Folgen der daraus resultierenden Klimaerwärmung auf den Planeten einzudämmen müssen hocheffiziente Prozesse zur drastischen Senkung der Schadstoffemissionen und zur Verringerung des Verbrauchs von
Primärenergieträgern entwickelt werden. Zur Optimierung von Energieumwandlungsprozessen kommen sowohl experimentelle als auch numerische Methoden zum Einsatz. Vertrauenswürdige und validierte numerische Verfahren ermöglichen detaillierte Vorhersagen der vorherrschenden Phänomene in relativ kurzer Zeit bei klar definierten Randbedingungen.
An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an. Es werden detaillierte numerische Vorhersagen des Verhaltens von mono- und bifluiden Einzeltropfen unter geringer stoßartiger aerodynamischer Last mit Hilfe der Lagrangeschen Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) untersucht. Im Focus stehen die Deformation, die Schwingung und die Trajektorie der Tropfen. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass die eingesetzte SPH-Methode die komplexen mehrphasigen Vorgänge bei erzwungenen Formschwingungen in hoher Genauigkeit wiedergibt. Zudem wird die Methode durch ein allgemeines Dreiphaseninteraktionsmodell erweitert und als Werkzeug zur Plausibilisierung, Kalibrierung und Neuentwicklung von vereinfachten Modellen und Methoden verwendet.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Modellierungen und numerische Simulationen kavitierender Strömungen stoßen bisweilen häufig an ihre Grenzen, da die verwendeten Kavitationsmodelle die physikalische Realität nicht genau genug abbilden können und mithilfe von Validierungsdaten kalibriert werden müssen. In den vergangen Jahren wurde daher am Institut für Fluidsystemtechnik der TU Darmstadt an axiomatischen Kavitationsmodellen geforscht, die eine präzisere Beschreibung der Vorgänge ermöglichen (vgl. Band 1 und 4 dieser Reihe). Die Modelle gehen auf die kleinsten Elemente kavitierender Strömungen, die Kavitationskeime, zurück und sind somit in der Lage, die Blasendynamik abzubilden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die theoretische und experimentelle Untersuchung von diffusionsgetriebener Keimbildung an Porenkeimen. Es wird ein axiomatisches Keimbildungsmodell vorgestellt, dass die Relevanz des diffusiven Stofftransports für Keimbildungsvorgänge in kavitierenden Strömungen verdeutlicht. Der analysierte Vorgang ist ein zyklischer Prozess, der aus den zwei Phasen i) Wachstum eines Porenkeims durch diffusiven Stofftransport und ii) Ablösung einer Gasblase besteht. Die zwei Phasen des zyklischen Vorgangs werden separat modelliert und zu einem Gesamtmodell zusammengeführt. Das Keimbildungsmodell wird mithilfe von im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimenten validiert.
Diese wissenschaftliche Abhandlung stellt eine grundlegende Analyse der diffusionsgetriebenen Keimbildung an Porenkeimen dar und unterstreicht die Bedeutung von Stofftransportvorgängen in kavitierenden Strömungen. Vor dem Hintergrund der gefundenen Erkenntnisse muss die Rolle von Diffusion im Kontext kavitierender Strömungen neu bewertet werden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Rodion Groll entwickelt einen Modellansatz, um Transportvorgänge der Thermo- und Fluiddynamik, die primär als kontinuumsmechanische Prozesse interpretiert werden, als Summe diskreter Teilchenbewegungen zu beschreiben. Temperaturgradienten beeinflussen wie die Bewegung elektrisch neutraler und geladener Teilchen die räumliche und zeitliche Änderung der als kontinuierlich betrachteten Größen. Eine diesen Flüssen zu Grunde liegende disperse Teilchenbewegung wird in der makroskopischen Beschreibung als nicht materieller Transport oder eben als Diffusion bezeichnet. Der Autor verwendet statistische Methoden, welche bislang für den Meso- bis Makroskalenbereich in der Turbulenzmodellierung Anwendung fanden, um nun im Mikro- bis Meso-Skalenbereich den physikalischen Kontext vom Phasenübergang in Mehrphasengemischen über die molekulare Gasdynamik bis hin zur Plasmadiffusion mathematisch zu beschreiben.
Aktualisiert: 2023-04-04
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