Institut für Bio- und LebensmitteltechnikLebensmittelverfahrenstechnik

Free Energy Modelle und Lattice Boltzman Methoden für Binäre Scherströmungen

Hintergrund

Im Alltag werden häufig Emulsionen verwendet, wie beispielsweise Milch, Kosmetika
oder Dispersionsfarben. Durch die Vermengung nicht mischbarer Flüssigkeiten können
Emulsionen erzeugt werden, indem sich kleine Tropfen einer Flüssigkeit in der jeweils
anderen gleichmäßig verteilen. Um die gewünschten Produkteigenschaften und stabile
Emulsionen erzielen zu können, wird eine definierte Tropfengröße und -verteilung
angestrebt. Bekannte Emulgierapparate der Verfahrenstechnik wie zum Beispiel
Homogenisatoren, Rührwerke oder Mischer, zerkleinern Flüssigkeitstropfen mit
mechanischer Energie. Dort werden die Tropfen unter einer eingestellten Scherrate
mechanisch belastet. Die Flüssigkeiten werden gedehnt und zerreißen schließlich in
kleinere Tröpfchen. Das Verhalten der Tropfen hängt stark von den herrschenden
Strömungsverhältnissen ab.
Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, den Tropfenabriss in verschiedenen Strömungen
qualitativ und quantitativ beschreiben und visualisieren zu können. Dies soll für vorerst
im laminaren Regime untersucht werden. Dabei wird zunächst der aktuelle Stand der
Literatur erhoben um anschließend klassische Benchmark Tests aufsetzen und
vergleichen zu können. Ein tieferer Einblick in das Deformationsverhalten von Tropfen
in laminaren Strömungen fördert das Verständnis emulgiertechnischer Problemstellungen
und liefert die Grundlage für weitere Untersuchungen von Produkteigenschaften
in turbulenten Strömungsverhältnissen.
Die numerische Simulation der Zerkleinerung von Tropfen in verschiedenen
Strömungsszenarien wird mit der Lattice Boltzmann Methode (LBM) und der OpenLB
Bibliothek für die Programmiersprache C++ erfolgen. Auf vorhandenen Implementierungen
basierend, sollen weitere Auswertungsmethoden der Simulationsergebnisse
erarbeitet und umgesetzt werden.


Aufgabenstellung

Ihre Arbeit besteht aus der Behandlung von theoretischen Aspekten der LBM für
Mehrphasenströmungen und deren numerischer Umsetzung in bestehenden
Programmbeispielen. Zusammenhänge zwischen numerischen Parametern und
physikalischen Effekten sollen theoretisch formuliert und numerisch nachvollzogen
werden. Speziell sind folgende Punkte zu bearbeiten:
• Einarbeitung in LBM und Free Energy Modelle für Mehrphasenströmungen,
• Modellierung und Simulation von Mehrphasenströmungen,
• (Paralleles) Programmieren in C++,
• Validierung mit bestehenden Ergebnissen aus der Literatur.

 

 

Weitere Informationen findest Du hier.

 

 

Ansprechpartner/Betreuer


Stephan Simonis
Englerstrasse 2
76131 Karlsruhe
Geb. 20.30, 3. OG, 3.016
Tel.: +49-721-608-43157
Email: stephan simonisLkv2∂kit edu


Felix Johannes Preiss
Gotthard-Franz-Straße 3
76131 Karlsruhe
Geb. 50.31, 4. OG
Tel.: +49-721-608-43608
Email: felix.preiss @kit.edu