Numerische Modellierung von Wärme- und Massentransportprozessen in Protein basierten Schäumen mittels Lattice-Boltzmann-Methoden

点击翻译按钮获取中文摘要

Schaumartige Strukturen spielen eine wichtige Rolle in vielen industriellen Bereichen, insbesondere in der Lebensmittelwissenschaft sind Textur oder Aroma-Freisetzung wichtige Charakteristika für Geschmack, Produktqualität und Produktakzeptanz durch den Verbraucher. Die Aufklärung der Materialeigenschaften würde dazu beitragen das Endprodukt sowie die Wärmeübertragung in Protein basierten Schäumen zu verbessern. Die komplexe mehrphasige Struktur von Lebensmittelschäumen erfordert das physikalische Verständnis aus einer Mikro- und Mesoskaligen Perspektive, wofür die Lattice-Boltzmann-Modellierung (LBM) eine zuverlässige Methode darstellt. Verglichen mit klassischen Modellierungstechniken die Strömungen als eine Kontinuums-Beschreibung betrachten, deckt die LBM Strömungseigenschaften von Mikro- bis Mesoskaligen Bereichen ab und ist darüber hinaus auch anwendbar jedwede Strömungssimulation als Kontinuums-Betrachtung durchzuführen. Das Ziel des beantragten Projektes ist die Bereitstellung hoch entwickelter Lattice- Boltzmann Algorithmen um die physikalischen Phänomene zu modellieren und einen tieferen Einblick in die ganzheitlichen Diffusionsvorgänge in Schäumen zu gewährleisten und damit die Möglichkeit zu bieten das Verhalten von Schäumen und Aroma-Freisetzung zu untersuchen. Die Vorgehensweise beinhaltet die Weiterentwicklung der Materialeigenschaften, wie Diffusionskoeffizienten, von virtuellen Werten innerhalb eines realistischen Bereiches, zu experimentell ermittelten Werten mit dem Ziel optimierte Parameter für einen verbesserten Wärmeübergang auszuarbeiten. Die erarbeiteten Algorithmen werden in eine direkt nutzbare Software, die in Zusammenarbeit mit TP 6 entwickelt vArd, implementiert um die kostengünstige Anwendung in kleinen und mittelständischen Unternehmen zu gewährleisten.