Simulation von Transportprozessen und chemischer Reaktionskinetik in mikrofluidischen Mehrphasensystemen

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In vielen mikrofluidischen Systemen spielt der Transport von Blasen oder Tropfen eine wichtige Rolle. Die Dynamik von fluidischen Mehrphasensytemen in Mikrostrukturen unterscheidet sich durch die Dominanz von Oberflächen- und Benetzungskräften stark von der bekannten makroskopischen Dynamik. Zur Beschreibung der mikrofluidischen Transportphänomene muss die zeitliche Dynamik der Phasengrenzfläche explizit berücksichtigt werden. Mit dem Vorhaben wird das Ziel verfolgt, Modelle zu entwickeln, welche derartige Transportphänomene adäquat beschreiben. Die Strömungsphänomene werden dabei durch Methoden der Numerischen Strömungsmechanik (CFD) modelliert. Im makroskopischen Zusammenhang in der Regel zu vernachlässigende Phänomene wie Kontaktwinkelhysterese oder dynamische Kontaktwinkel werden mit berücksichtigt. Ebenso wird die lokale Variabilität von Grenzflächenenergien, beispielsweise eine ortsabhängige Oberflächenspannung, mit in die Beschreibung aufgenommen. Überlagert zur Mehrphasenströmung werden Konzentrationsfelder berücksichtigt, die in einer oder mehreren Phasen angereicherte chemische Spezies beschreiben.