Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2018
End date : 31.12.2020
Im beantragten Forschungsprojekt wird die Entwicklung eines Versuchsaufbaus angestrebt, der die genaue und simultane Bestimmung mehrerer Transporteigenschaften von Fluidgemischen über einen weiten thermodynamischen Zustandsbereich mithilfe der auch als „Shadowgraphy“ bekannten zeitaufgelösten Schattenfotographie erlaubt. Diese beruht auf der Analyse von Schattenabbildungen bei der Betrachtung von Nichtgleichgewichtsfluktuationen, die bei Aufprägung eines stationären Temperaturgradienten auf Fluidgemische durch thermophoretische Prozesse verursacht werden. Die Lebensdauer dieser Fluktuationen wird durch verschiedene physikalische Mechanismen beeinflusst und kann auf Grundlage der hydrodynamischen Fluktuationstheorie evaluiert werden. Dies erlaubt prinzipiell die absolute Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit, von molekularen Diffusionskoeffizienten, des Soret-Koeffizienten sowie der kinematischen Viskosität in einem einzigen Experiment. Zur angestrebten Weiterentwicklung der Shadowgraphy zu einer verlässlichen Methode für die genaue Bestimmung mehrerer Transporteigenschaften ist die Konzeption und Realisierung einer entsprechenden Versuchsapparatur mit einer maximierten zeitlichen Auflösung und der größtmöglichen optischen Zugänglichkeit der zu integrierenden Messzelle notwendig. Der Versuchsaufbau soll durch Messungen an ausgewählten binären Gemischen validiert werden, die einen großen Wertebereich der zugänglichen Transportgrößen abdecken. Die Temperaturleitfähigkeit und die binären Diffusionskoeffizienten der gewählten Gemische bewegen sich beispielsweise im Bereich zwischen ca. 10-10 und 10-7 m2·s-1, wobei Systeme bestehend aus zwei Flüssigkeiten, zwei Gasen sowie aus einem in einer Flüssigkeit gelöstem Gas bei Drücken von bis zu 50 MPa und Temperaturen von bis zu 573 K untersucht werden sollen. Als Referenz dienen dabei sowohl Literaturdaten als auch Ergebnisse aus früheren und derzeit laufenden Untersuchungen der gleichen Systeme mithilfe der Dynamischen Lichtstreuung (DLS). Die Experimente mit dem neuen Shadowgraphy-Aufbau wurden derart geplant, dass sie zudem die Limitierungen der Methode aufzeigen und Informationen über die zu erwartenden Messunsicherheiten der einzelnen Transportgrößen unter den gegebenen Versuchsbedingungen liefern können. Somit soll die Anwendbarkeit der Shadowgraphy als mögliche zukünftige Standardmesstechnik innerhalb der Stoffdatenforschung ausgetestet werden. Zum Abschluss der beantragten Förderperiode ist die Untersuchung von weiteren systematisch ausgewählten binären Gemischen vorgesehen, die aus in Flüssigkeiten mit variierender molarer Masse gelösten Gasen bestehen bzw. sich im überkritischen Zustandsgebiet befinden. Diese Experimente sollen aufzeigen, inwieweit die Shadowgraphy zur Erstellung einer verlässlichen Datenbasis für derartige Systeme beitragen kann, die beispielsweise zu Modellierungszwecken oder zur Validierung aktueller Theorien im Zusammenhang mit den so experimentell zugänglichen Transportgrößen benötigt werden.