Doppelt diffusive Instabilitäten in reaktiven Flüssig-flüssig-Systemen

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Gegenstand des vorgeschlagenen Projektes ist die experimentelle Untersuchung doppelt diffusiver Instabilitäten (double diffusive instabilities) in Flüssig-flüssig Systemen mit exothermer Grenzflächenreaktion. Das ausgewählte System ist ein geschichtetes Zwei-Flüssigkeitssystem (organisches Lösungsmittel plus Säure über Wasser plus Base), in dem eine grenzflächennahe Neutralisation stattfindet. Dieses System wurde hinsichtlich seines dynamischen Verhaltens bereits in einer Vorstudie qualitativ charakterisiert (Eckert & Grahn 1999, Physical Review Letters 82, 3326-39). Ein prägnantes Merkmal dieses Systems ist die Ausbildung einer kleinskaligen Fingerstruktur in der wässrigen Phase, die einen effizienten Mischungsprozess bewirkt. Diese Fingerstruktur ist die Konsequenz einer doppelt diffusiven Instabilität, die durch die unterschiedlichen Größenordnungen der Diffusionskoeffizienten von Stoff und Wärme bedingt wird. Der Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes liegt auf der experimentellen Bestimmung von Konzentrations- und Temperaturgradienten bzw. von lokalen Geschwindigkeiten in ihrer zeitlichen Entwicklung. Die dazu herangezogenen Meßverfahren umfassen Differentialinterferometrie, Laser-Doppler-Anemometrie sowie Infrarot-Thermographie. Mittels einer Synthese der gewonnenen Information soll das Projekt zu einem verbesserten quantitiven Verständnis der Dynamik dieses Instabilitätstyps beitragen.