Motivation
Die Wirtschaftlichkeit verfahrenstechnischer Prozesse wird in starkem Maße von der Effizienz der eingesetzten funktionalen Materialien bestimmt. Zur Optimierung mit direkten numerischen Simulationen der Transportprozesse können aktuell jedoch nur kleine Ausschnitte relevanter Materialen betrachtet werden, da die Rechenleistung modernster Hochleistungsrechner bisher nicht ausreichend und wirtschaftlich fragwürdig ist. Numerisch effizienter sind vereinfachte Transport- und Reaktionsansätze für effektive, makroskopische Simulationen. Zur Vorhersage der effektiven Transporteigenschaften, unter Berücksichtigung von Oberflächeneigenschaften, existiert in der Verfahrenstechnik eine Forschungslücke zur prädiktiven Verknüpfung der detaillierten Modellierung auf einer porenaufgelösten Skala und der vereinfachten, makroskopischen Modellierung.
Zielsetzung
Für Transportprozesse ist jüngst eine vielversprechende, mathematisch motivierte Upscaling-Technik verfügbar, der sogenannte GENERIC Ansatz [1]. Dieser abstrakte Ansatz ermöglicht die Berechnung von nichterhaltenden Strukturparametern als Teil der Zustandsgrößen des thermodynamisch-konsistent beschriebenen Systems. Das Ziel ist die Entwicklung einer für Ingenieure anwendbaren Upscaling-Technik für relevante Anwendungsgebiete, z.B. Transportprozesse in porösen Materialien wie Batterien.
[1] A. Jelic, P. Ilg, H.C. Öttinger: Bridging length and time scales in sheared demixing systems: From the Cahn-Hilliard to the Doi-Ohta model. Phys. Rev. E 81:1 (2010) 011131.
Lukas Maier
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Alexey Lapin
Dr.Wissenschaftlicher Mitarbeiter / Rechneradministration