Experimentelle Untersuchung des Verweilzeitverhaltens in Mikroreaktoren - Einfluss verschiedener Geometrien

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Ziel der Forschungsarbeiten ist die reaktionstechnische Charakterisierung von Mikroreaktoren. Ein wesentliches Kriterium dazu ist die Verweilzeitverteilung, die neben der fluiddynamischen Beschreibung auch enthaltene Nichtidealitäten erfasst. Injektive Verfahren führen in Mikrostrukturen durch das im Verhältnis zum Reaktor große Injektionsvolumen zu einer Störung der Strömung und damit zu bedingt genauen Ergebnissen. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes wird ein neues und für die Bestimmung der Verweilzeit innovatives Verfahren eingesetzt. Die Messmethode beruht auf der laserinduzierten Aktivierung eines gelösten nicht-aktiven Farbstoffs im Reaktoreintritt. Damit ist eine störungsfreie und klar definierte Aufgabe des Spurstoffes gewährleistet. Mit Hilfe dieses neu entwickelten Verfahrens werden Messungen für verschiedene Geometrien durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse werden zur Entwicklung und Validierung mathematischer Werkzeuge verwendet, die auf der Basis von CFD-Simulationen (FeatFlow) Techniken zur Ermittlung des Verweilzeitverhaltens (¿diskret¿ oder ¿kontinuierlich¿) realisieren. Insbesondere robuste und genaue Methoden zur Advektion von unstetigen Tracersignalen auf der Basis von Limitertechniken (TVD, Shock capturing) kommen dabei zum Einsatz. Die numerisch anspruchsvolle Aufgabe scharfer Konzentrationsfronten bietet dabei die Möglichkeit die mathematischen Modelle hinsichtlich ihrer Effizienz bei der Berechnung des diffusiven Stofftransports in Mikrostrukturen im Hinblick auf künftige Berechnungen mit chemischen Reaktionen zu bewerten.