Tropfenaufprall auf heiße Oberflächen

• Antragstellerin: Dr. Kirsten Harth
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394307351

Auf heiße Oberflächen auftreffende flüssige Tropfen spielen in zahlreichen Technologien eine Rolle, z.B. beim Flüssigkeitskühlen von Elektronik oder Metall (schmelzen), in Verbrennungsmotoren oder in der Brandbekämpfung mittels Sprinkler-Anlagen. Bei ausreichend hohen Oberflächentemperaturen können Tropfen auf einer Schicht ihres eigenen Dampfes schweben (Leidenfrost-Effekt). Damit geht eine immense Abnahme der Wärmeübertragung vom Substrat zum Tropfen, und somit auch der Verdampfungsrate, einher.Tropfenaufprall auf isotherme Oberflächen ist ein klassisches Thema der Hydrodynamik. Leidenfrost-Effekte sanft auf die Oberfläche positionierter Tropfen wurden häufig untersucht. Tropfenaufprall auf heiße Oberflächen hingegen ist weitgehend unverstanden und unerforscht. Dieser involviert komplexe Wechselwirkungen aus hydrodynamischen, Wärmetransport- und Phasenübergangs-Effekten. Es gehen sowohl Eigenschaften des Substrates, der Tropfen und des umgebenden Gases ein, und dies auf einem breiten Spektrum von Zeit- und Längenskalen. Bahnbrechende Erfolge, z.B. die Identifikation der verschiedenen Siede-Regime und dynamischer Muster, gelangen kürzlich in der Physics of Fluids in Twente Gruppe mittels Totalreflektions-Bildgebung. Leidenfrost-Tropfen sind darüber hinaus auch ein Modellsystem für ideal superhydrophobe Oberflächen. Andererseits ermöglicht die (lokale) Levitation auch die Untersuchung von Dekompositionsmechanismen.Die grundlegenden physikalischen Prozesse bei solchen Tropfenaufprallvorgängen sind das Thema des vorliegenden Projektes. Wir kombinieren Experimente mit optischer Hochgeschwindigkeits-Bildgebung mit analytischer und wenn möglich auch numerischer Modellierung. Es soll das Auftreten der verschiedenen Siede-Regime in Abhängigkeit der Eigenschaften der Oberfläche, des Tropfens und des umgebenden Gases charakterisiert und verstanden werden. Ein zweiter zentraler Aspekt ist die Musterbildung unter aufprallenden Tropfen. Der Einfluß von Benetzungseigenschaften wird untersucht. Im allgemeinen Kontext widmen wir uns auch der Tropfenausbreitung, Dekomposition und Bedingungen für das Splashing. Die letzten Monate des Projektes widmen sich dem Tropfenaufprall unter von 90° verschiedenem Winkel. Dieser ist der vornehmlich in Anwendungen anzutreffende Fall, jedoch wesentlich seltener untersucht.Das Forschungsvorhaben soll in der von Prof. Detlef Lohse geleiteten Arbeitsgruppe Physics of Fluids an der Universität Twente umgesetzt werden. Dieser hat auszeichnete Erfahrung in der Forschung und der Betreuung von Nachwuchswissenschaftlern. Die Universität Twente und das Max Planck Center für komplexe Fluiddynamik bieten eine ideale Umgebung für dieses Projekt und für erfolgreiche (internationale) Kollaborationen. Es kann erwartet werden, daß dieses Forschungsprojekt die Bewerberin mit den bestmöglichen Qualifikationen ausstattet, um danach erfolgreich ihre wissenschaftliche Karriere in Deutschland z.B. als Leiterin einer Nachwuchsgruppe fortzusetzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Detlef Lohse