Third party funded individual grant
Acronym: PhaDi
Start date : 01.01.2017
End date : 31.12.2019
Im Rahmen des Vorhabens werden Untersuchungen zur Flüssigkeits-Gastrennung und zur Diffusion unter Anwendung poröser Medien unter kompensierter Gravitation vorgeschlagen. Die Untersuchungen dienen zum einen der Verbesserung des Verständnisses der Separation von Phasen ohne Nutzung der Schwerkraft. Dazu werden die Eigenschaften eines porösen Mediums ausgenutzt, für eine flüssige Phase A permeabel, gegen eine Gasphase B aber impermeabel zu sein. Ein spezielles Design des porösen Mediums hinsichtlich seiner Porengröße, seiner Permeabilität und seines Blasendurchbruchdrucks sowie seines Benetzungsverhaltens ist vorgesehen. Die Materialauswahl (metallisch oder nicht-metallisch) ist Gegenstand des Vorhabens, um den Prozess der Phasentrennung optimal auszuführen.
Zum anderen dienen die Untersuchungen dazu, bei Überschreiten des Blasendurchbruchsdruckes bzw. bei gezieltem Öffnen der porösen Abdeckung des Strömungskanales die eintretende Gasmenge in Abhängigkeit der freien Parameter zu quantifizieren und die Absorption und anschließende Diffusion von B in A zu bestimmen. Der Strömungskanal soll dazu mit geeigneten Meßtechniken ausgestattet sein. Es ist dabei von besonderem Interesse, wie mittels einer Modulation der Strömung der kontinuierlichen Phase (Komponente A), und somit einer Beeinflussung der charakteristischen konvektiven und diffusiven Zeitskalen, der Stoffübergang von B in A erhöht werden kann. Die Kompensation der Gravitation wird in geeigneter Weise durchgeführt (Fallturm, Parabelflüge, Raketenflüge). Die Kompensation der Schwerkraft führt zum Ausschluss des hydrostatischen Drucks, des Auftriebs und der natürlichen Konvektion (infolge von Dichtegradienten) und ermöglicht eine schwerkraftunabhängige Untersuchung. Die entwickelten Techniken sind somit auch für Umgebungen reduzierter Schwerkraft einsetzbar, also für die Fluidhandhabung1 in Raumfahrzeugen in den Bereichen der Treibsto˙handhabung, der Lebenserhaltungsysteme und des Thermalhaushalts. Sowohl vor den Experimenten (zur Ergebnisvorhersage) als auch nach den Experimenten (zum Vergleich) werden umfangreiche numerische Simulationen mit unterschiedlichen Programmen der numerischen Strömungsmechanik durchgeführt.
Das Vorhaben wird als Verbundvorhaben zwischen dem Fachgebiet Strömungsmechanik (FS-ZARM, Verbundführer) in Bremen und dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik (LSTM, Verbundpartner) in Erlangen durchgeführt. Es ist beabsichtigt, Bodenversuche, Fallturmversuche und eine Parabelflugkampagne durchzuführen. Die Fallturmanlage wird in Bremen aufgebaut, die Parabelfluganlage in Erlangen. Die Leitung des Verbundvorhabens obliegt dem Fachgebiet Strömungsmechanik in Bremen.