Multiskalenmodellierung komplexer Fluide auf Basis der Nichtgleichgewichtsthermodynamik

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Viel Produkte der Verfahrenstechnik sind sogenannte komplexe Fluide. Hier bestimmt die molekulare Mikrostruktur das makroskopische Verhalten. Beispiele sind Polymerschmelzen, Flüssigkristalle, Schäume, Emulsionen und Gele. Das Verständnis über komplexe Fluide ist heute noch unzureichend. Eine Vorhersage von Prozessverhalten und Produkteigenschaften ist daher nicht möglich. In dem beantragten Vorhaben soll hierzu ein Beitrag geleistet werden. Grundlage soll dabei die in jüngster Zeit entwickelte Nichtgleichgewichtsthermodynamik sein. Sie gilt als Schlüsseltechnologie zur Analyse von Multiskalenproblemen, da sie den systematischen Brückenschlag vom Molekül zum Prozess erlaubt. Diese Verknüpfung wird häufig als zentrale Aufgabe für die Verfahrenstechnik der Zukunft gesehen. Allerdings liefert die Theorie allein keine quantitativen Aussagen zu den enthaltenen Stoffparametern. Diese müssen in geeigneten Experimenten bestimmt werden. Für komplexe Fluide werden hierzu häufig Lichtstreuexperimente eingesetzt, in denen mikroskopische Fluktuationen im Fluid analysiert werden. Diese werden im Mittel genauso transportiert wir makroskopische Größen, daher ist ein Rückschluss auf technisch relevante Stoffparameter möglich. Hier soll eine Interpretation dieser Untersuchungsmethode aus dem Blickwinkel der Nichtgleichgewichtsthermodynamik erfolgen. Nach der Ausgestaltung der Theorie für diese Problemstellung soll analysiert werden, welche Stoffdaten sich für komplexe Gemische außerhalb des Gleichgewichts bestimmen lassen. Daraus sollen dann Vorschläge für optimierte Experimente abgeleitet werden. Abschließend soll explorativ untersucht werden, wie sich die Erkenntnisse über Fluktuationen komplexer Gemische bei der Simulation auf der Prozessebene ausnutzen lassen.