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Projekt
Heteroaggregation feiner Partikel in der Überschallströmung für die maßgeschneiderte Oberflächenbeschichtung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462536406
In diesem Forschungsprojekt wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP ein neuartiger Prozess zur Heteroaggregation von Submikronpartikeln entwickelt und untersucht, bei dem die Heteroaggregate in einer Überschallströmung durch Mischen und Desublimation erzeugt werden. Dazu wird ein Versuchsaufbau entwickelt, bei dem Stickstoff mit sublimiertem Material in einer Laval-Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und in der Expansionskammer aufgrund eines schnellen Temperatur- und Druckabfalls übersättigt wird. Der Heteroaggregationsprozess wird experimentell untersucht. Zusätzlich werden das Strömungsfeld sowie die Partikeltrajektorien einschließlich des Partikelwachstums aufgrund der heterogenen Desublimation mit Computational Fluid Dynamics (CFD) numerisch untersucht. Dieser Prozess wird erweitert, um maßgeschneiderte Oberflächenbeschichtungen durch Ablagerung der generierten Heteroaggregate zu erzeugen. Der Einfluss des Heteroaggregationsprozesses auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Beschichtung sollen beschrieben werden. Ziel der geplanten experimentellen und theoretischen Untersuchungen dieses Projekts ist die Beschreibung der Zusammenhänge zwischen den mikroskopischen Kontakten und der makroskopischen Heteroaggregatbildung bei der Desublimation und Vermischung in einer Überschallströmung sowie deren Einfluss auf die Eigenschaften der erzeugten Oberflächenbeschichtung, die für die Oberflächenfunktionalisierung bei verschiedenen technischen Anwendungen entscheidend sind. Der zweite Schwerpunkt dieses Projektes ist die Beschreibung der Bindungsmechanismen der Heteroaggregate an der Oberfläche und die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Heteroaggregate und der Mikrostruktur und den Eigenschaften der gebildeten Beschichtungen im Hinblick auf eine mögliche technische Anwendung des entwickelten Verfahrens zur Oberflächenfunktionalisierung. Die erzeugten Heteroaggregate werden zur Bestimmung der Größenverteilung mit dem Scanning Mobility Particle Spectrometer (SMPS) charakterisiert. Der 3D-Lichtstreuungssensor wird für die Inline-Messung der Partikelform verwendet. Das komplexe Strömungsfeld und die Partikeldynamik (einschließlich der homogenen Desublimation, der heterogenen Desublimation und der Bildung von Heteroaggregaten durch Agglomeration infolge Kollisionen mit Kernpartikeln oder Heteroaggregaten aus homogen desublimierten Partikeln) werden numerisch mittels CFD untersucht und dabei mit der Diskrete Elemente Methode (DEM) gekoppelt. Dazu wird ein neues Multiskalenmodell für die Heteroaggregation von Partikeln in einer Überschallströmung entwickelt, das die Prozesse der homogenen und heterogenen Desublimation von Partikeln auf der Mikroskala und die Partikeldynamik und Vermischung auf der Makroskala umfasst.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
