Substrate impact on flow induced particle motion in laminar shear flow

Das strömungsinduzierte Lösen und Bewegen von Feststoffpartikeln auf einem festen Untergrund oder einer Granulatschicht ist von grundlegender Bedeutung bei vielen natürlichen und industriellen Systemen. Beispielhaft seien der Sediment- bzw. Granulattransport bei der Filtration, in Fließgewässern und Rohrleitungssystemen, der Partikeltransport in Atemwegen, wie auch die Reinigung von Oberflächen genannt. Auch in der Mikrofluidik werden zunehmend kugelförmige Partikel z.B. als Informationsträger oder für Aktuatoren wie Ventile und Pumpen eingesetzt. Eine wichtige Voraussetzung ist dabei die kontrollierte Positionierung von Partikeln. Während die Bewegung einzelner Partikel auf ebenen Wänden recht gut verstanden ist, gilt dies nicht für strukturierte Oberflächen und Partikelschichten. Trotz zahlreicher Untersuchungen zum Einsatz der Partikelbewegung und der Partikelbewegung bzw. des Materialtransports in granularen Betten, werden bis heute diese technologisch wichtigen Prozesse unzureichend beschrieben. Dies resultiert daraus, dass das Entfernen der Partikel ausschließlich in willkürlich angeordneten Sedimentschichten untersucht wurde und nicht wohldefinierte Parameter in die Modellierung eingingen. So bleibt unklar, welchen Einfluss die Substratgeometrie und Nachbarpartikel auf den Einsatz der Partikelbewegung als auch auf die Partikelgeschwindigkeit entlang der Substrate ausüben.Granulatschichten behindern die Partikelbewegung zum einen dadurch, dass sie als unebener Untergrund ein Hindernis darstellen, dessen Kontaktwinkel stromabwärts überwunden werden muss, zum anderen durch Abschattung des Partikeln gegen die Strömung abgeschattet. Darüber hinaus führen Nachbarpartikel in analoger Weise zu einer zusätzlichen Behinderung. Ausgehend von dieser Beobachtung sollen die wesentlichen Parameter variiert werden. Ziel des Projekts ist es, den Einsatz der Partikelbewegung und die Partikelbewegung entlang der Substrate selbst in einem Modell quantitativ und ohne Rückgriff auf nicht wohldefinierte Parameter zu beschreiben.