Dipl.-Ing. Roudouane Laouar

Kurzbeschreibung:

Strömungen mit einer Phasengrenzfläche treten in technischen Apparaten häufig auf. Man denke beispielsweise an Bewegungen von Flüssigkeiten mit freien Oberflächen in Rohrsystem, Kesseln, Tanks usw. Dabei entstehen häufig Wellen auf der Oberfläche, die sich mit gewissen Geschwindigkeiten ausbreiten. Für niedrig viskose Fluide spielen Viskosität und Wirbelbildung für die Strömungsvorgänge eine untergeordnete Rolle. Zur näherungsweisen Beschreibung der Oberflächenwellen reichen vereinfachte Bewegungsgleichungen für inkompressible und wirbelfreie Strömungen aus. Mit diesem theoretischen Rüstzeug lassen sich die Wellen an den Oberflächen von Seen, Ozeanen, Wasserseen und Pfützen gut auch mit analytischen Ergebnissen beschreiben.

Im technischen Bereich können die Viskositäten der verwendeten Flüssigkeiten und die Einflüsse von angrenzenden Wänden in der Regel nicht mehr vernachlässigt werden. Die Strömung von hochviskosen Medien wie Teere und Öle in Druckgießmaschinen und von Kunststoffschmelzen in teilgefüllten Schneckenextrudern sind prominente Beispiele. Die Bewegung von Wellen auf die Oberfläche solcher Flüssigkeiten hängt dann auch stark von deren temperaturabhängigen Materialparametern ab.

Ziel dieser Arbeit ist die Analyse, Modellierung und numerische Simulation der mehrdimensionalen und nichtisothermen Strömung. Der Fokus liegt auf hochviskosen Flüssigkeiten mit nicht newtonschen Stoffeigenschaften. Es soll der Einfluss von Oberflächenspannung, temperaturabhängiger Viskosität und Dichte sowie der Geometrie auf Form und Geschwindigkeit der Oberflächenwellen untersucht werden. Daraus soll eine Strategie für die Optimierung der Strömungsprozesse in technischen Apparaten entwickelt werden.