Konvektive Fingering-Instabilität autokatalytischer Reaktionsfronten

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan C. Müller
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2002
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5195061

Im Vorhaben soll die Strömungsinstabilität chemischer Reaktionsfronten in einer quasi-zweidimensionalen Hele-Shaw-Zelle experimentell untersucht werden. Experimente zu einer durch eine autokatalytische Reaktion unter Schwerkrafteinfluß hervorgerufenen Konvektion zeigten dort kürzlich eine neuartige Instabilität, deren fingerförmige Frontdeformation typische Eigenschaften des druckgetriebenen Saffman-Taylor-Problems zweier übereinandergeschichteter Fluide besitzt. Mehrere neuere theoretische Untersuchungen untermauern das Auftreten solcher Finger an einer Reaktionsfront.Der Bezug dieser Instabilität zum klassischen Saffman-TaylorProblem soll experimentell untersucht werden. Dabei stehen zum einen der Einsatz der Instabilität und die Dispersionsrelation der Konvektionsmoden, zum anderen die späte Phase der Instabilität im Brennpunkt des Interesses. Bei letzterer ist zu klären, ob das System eher zu einer Dominanz einzelner Finger oder zur Spaltung neigt. Ein Vergleich mit nicht-reaktiven Grenzflächen zwischen zwei Fluiden entsprechender Dichteschichtung soll die Rolle der autokatalytischen Reaktion klären. Die Untersuchung dieser Strukturen in einer Hele-Shaw-Zelle verspricht wesentliche Aussagen zur chemie-technisch relevanten Instabilität von Fronten in porösen Substraten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen