Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) - Sonderforschungsbereich 716

Simulation der Morphologieausbildung von offenporigen Materialien

Bearbeitung: Dr.-Ing. Manuel Hopp-Hirschler

Projektbeschreibung

Das Vorhaben befasst sich mit der Modellierung und Simulation der Morphologieausbildung im mesoskaligen Bereich. Während Modellierung und Simulation sowohl auf molekularer Ebene als auch im makroskopischen Kontinuumsbereich weit fortgeschritten sind, besteht ein deutlicher Nachholbedarf bei der Erfassung des dazwischen liegenden, mesoskaligen Bereichs. Er betrifft sowohl die korrekte Modellierung der maßgebenden physikalischen Vorgänge als auch die effiziente numerische Simulation der ablaufenden Vorgänge. Typische Charakteristika der Morphologieausbildung im mesoskaligen Bereich sind die Bildung und Umwandlung mehrerer fester und/oder fluider Phasen mit irregulären und dynamisch veränderlichen Phasengrenzen. Ihre modellmäßige Beschreibung und effiziente numerische Simulation wäre für die gezielte Herstellung oder Umwandlung von Materialien mit einer spezifischen Morphologie von großer wissenschaftlicher und technischer Bedeutung. Im Rahmen des Projekts untersuchte Beispiele sind die Morphologieausbildung bei der Herstellung von makroporösen Adsorbensformkörpern sowie die Ausfällung von mikroporösen Membranen.

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Beispiel: Phasenseparation einer binären, äquimolaren Polymerlösung

Zur Modellierung kommt die inkompressible Smoothed Particle Hydrodynamics Methode (ISPH) zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine gitterfreie, Lagrange'sche Partikelmethode zur Diskretisierung von Transportgleichungen, wie z.B. der Navier-Stokes Gleichung. Durch die Lagrange'sche Betrachtung können freie Oberflächen ohne Rekonstruktionsverfahren abgebildet werden. Trennung oder Vereinigungen von Hohlräumen sind so einfacher darstellbar.

Neben der Modellentwicklung liegt ein Schwerpunkt auf der numerischen Entwicklung eines effizienten, dreidimensionalen ISPH-Codes zur Simulation großer Partikelzahlen. Dadurch wird es ermöglicht, Problemstellungen im realen Maßstab zu modellieren. Letztendlich wollen wir den Herstellungsprozess von Funktionsmaterialen im Hinblick auf die gewünschten Materialeigenschaften modellgestützt optimieren.

Ansprechpartner

Manuel Hopp-Hirschler
Dr.-Ing.

Manuel Hopp-Hirschler

Gastdozent

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