Vision

Das aktuelle Forschungsprofil des Lehrstuhls gliedert sich im wesentlichen in zwei Schwerpunkte, die eng mit den in der Lehre vertretenen Fachgebieten verbunden sind:

1. Filmströmungen

Filmströmungen finden sich in einer Vielzahl von natürlichen Systemen und technischen Anwendungen. Der Ölfilm im Automotor, Beschichtungen mit Lacken, aber auch der Tränenfilm des Auges und Flüsse stellen nur einige Beispiele dar. Trotz ihrer großen Bedeutung für unser alltägliches Leben und für viele industrielle Prozesse ist die Filmströmung nur für sehr idealisierte Bedingungen wie ebene Unterlage und isotherme Umgebung gut verstanden. Da aber bei vielen Anwendungen die Filme über unebene Unterlagen fließen, die zudem geheizt oder gekühlt sein können, werden diese Fälle am Lehrstuhl sowohl analytisch als auch experimentell untersucht.
Die theoretische Beschreibung in Form von partiellen Differentialgleichungen geschieht mit Hilfe der Funktionentheorie und mit störungstheoretischen Methoden. Experimentell kommen vor allem optische Methoden zum Einsatz. Neben vielfältigen Methoden zur Bestimmung freier Oberflächen und von Flüssigkeitsparametern wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung werden zur Geschwindigkeitsmessung ein Laser-Doppler-Anemometer und ein Particle Image Velocimeter verwendet. Letzteres eignet sich bei Verwendung fluoreszierender Tracer vor allem auch, um wandnahe Strömungen zu charakterisieren. Die Stabilität der Filmströmungen wird mit berührungslosen laseroptischen Messverfahren untersucht.
Bisherige Untersuchungen zeigten nicht nur den quantitativen Einfluss von Bodenunebenheiten auf die Filmströmung, sondern auch qualitativ neue Regime, die bei der Filmströmung auf ebenen Unterlagen nicht möglich sind, wie Rezirkulationsgebiete in den Bodenmulden, hydraulische Sprünge, Resonanz oder dreidimensionale Strömungsformen.
Alle Methoden stehen auch für externe Aufgaben zur Verfügung.

Ansprechpartner: Markus Dauth, Mario Schörner








2. Rheologie von dispersen Stoffsystemen

Dispersionen, d. h. aus mehreren (flüssigen und/oder festen) Phasen bestehende Stoffsysteme wie Suspensionen und Emulsionen, zeigen ein äußerst kompliziertes Fließverhalten, da ihre Fließ-, d. h. rheologischen Eigenschaften fast immer durch die Kombination von zeitlich veränderlichen viskosen, elastischen und plastischen Effekten gekennzeichnet sind. Diese Kombination erschwert sowohl die messtechnische Erfassung der rheologischen Eigenschaften als auch die Verarbeitung dieser Substanzen. Davon ausgehend stehen die Entwicklung von rheologischen Messmethoden zur Charakterisierung des elasto-viskoelastischen Verhaltens von Dispersionen, auch unter dem Aspekt der Zeitveränderlichkeit der Eigenschaften, im Vordergrund des Interesses. Konkret werden dynamische Messmethoden entwickelt, mit denen die oszillatorische Untersuchung von plasto-viskoelastischen Suspensionen auch bei größeren Amplituden möglich wird (Fourier Transform rheology) und relevante rheologische Materialfunktionen wie die Fließgrenzfunktion ermittelt werden können. Dabei werden auch nichtlineare Phänomene berücksichtigt.
Eng damit verknüpft sind Arbeiten, die sich mit der Untersuchung des rheologischen Verhaltens von hochkonzentrierten Suspensionen hinsichtlich des Fest-Flüssig-Übergangs beschäftigen. Dieser Übergangsbereich wird üblicherweise durch einen einzigen skalaren Materialparameter, die sogenannte Fließgrenze, charakterisiert. Die Suspensionen bestehen aus sphärischen Partikel mit Größen im Mikrometerbereich, die in einem Newtonschen Dispersionsmittel dispergiert sind. Darüber hinaus wird der Einfluss von Modifikationen der Partikeloberfläche auf den Fest-Flüsig-Übergang untersucht. Die Polystyrene-Partikel wurden mittels Emulsionspolymerisation hergestellt. Ihre mittlere Größe liegt bei 5 µm. Die Partikeloberflächen werden mit verschiedenen Polyelektrolyten durch ein spezielles Layer-by-Layer-Verfahren beschichtet, wobei sowohl die Anzahl der Polyelektrolytschichten wie auch deren Ladungen variiert werden. Erste Resultate zeigen, dass dadurch das Fließverhalten der Suspensionen je nach finaler Ladung der Polyelektrolyte und der Layeranzahl zum Teil deutlich modifiziert werden kann (siehe z. B. Hess et al., Phys. Rev. E 84 31407 (2011)). Die Ergebnisse der Untersuchungen sind insbesondere dort relevant, wo hochkonzentrierte Suspensionen verarbeitet werden, z. B. bei Druckfarben oder kosmetischen Produkten.
Darüber hinaus bildet die Charakterisierung der Kinetik der Emulsionsbildung mit rheologischen und optischen Verfahren einen Schwerpunkt laufender und zukünftiger Untersuchungen. Dabei wird insbesondere die Tatsache berücksichtigt, dass reale Emulsionen in der Regel eine nicht-Newtonsche Substanz als quasi-kontinuierliche Phase besitzen. So erfolgt beispielsweise beim üblichen Offsetdruck eine Emulgierung von Feuchtmittel in der Druckfarbe, was zu deutlich modifizierten rheologischen Eigenschaften der Druckfarbe und damit zur Beeinflussung der Stabilität der Strömung im Druckwalzenspalt führt. Diese Untersuchungen haben somit wiederum einen deutlichen Praxisbezug.

Ansprechpartner: Dr. Lutz Heymann

 

Der Lehrstuhl bietet sein Know-how und seine Erfahrungen in Form von Dienstleistungen auf den Gebieten "Strömungsmesstechnik", "Partikelmesstechnik" sowie "Rheologie und Rheometrie" für Partner aus Industrie und Hochschulen an.



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  » letzte Aktualisierung: 28.02.2017
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