Modellierung der Scherdynamik kohäsiver, feindispersiver Partikelsysteme

Die Scherdynamik kohäsiver feindisperser Partikelsysteme spielt eine wichtige Rolle in der Pharmakologie, Keramik- und Ölindustrie.Das Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung eines realistischen numerischen Modells zur Beschreibung der Dynamik von komplexen Partikelsystemen. Für eine erfolgreiche Modellierung und Simulierung der Scherdynamik köhasiver und feindisperser Systeme sollen unterschiedliche physikalische Mikroprozesse, z.B. dynamische Wechselwirkung zwischen den Partikeln, betrachtet werden. In diesem Fall sind die Bewegungsgesetze von Partikelgröße und Milieu abhängig. Die Anwendung der Diskreten Elemente Methode (DEM) für die Modellierung ist geplant.In der Schüttguttechnik sind kontinuumsmechanische Modelle und entsprechende Meßmethoden sehr erfolgreich bei der Beschreibung des Fließverhaltens von kohäsionslosen Medien. Analoge Methoden sind auch für kohäsive Schüttgüter geschaffen worden, die insbesondere für die praktische Auslegung verfahrenstechnischer Apparate wie z.B. Silos geeignet sind. Alle phänomenologischen Kontinuumsmodelle beruhen auf empirischen Annahmen. Gegenwärtig ist mit der Diskreten Elemente Methode (DEM) die keine solchen makroskopischen Annahmen benötigt eine Alternative verfügbar, mit der Kontakt- und Haftkräfte in den Modellen detailliert berücksichtigt werden können. Damit kann das Verhalten kohäsiver Schüttgüter mikroskopisch untersucht und verstanden werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ist geplant: (i) experimentell die Kontaktkräfte zu bestimmen, (ii) diese in der DEM Methode zu verwenden, (iii) die makroskopischen Messgrössen des Schüttgutverhaltens zu bestimmen, (iv) und diese letztendlich wieder mit Experimenten zu verifizieren. Die Kontaktmodelle die in der DEM verwendet werden sind sowohl mit Hilfe eines Particle Interaction Apparatus als auch durch Rückrechnung aus Scherzellenergebnisse zu überprüfen, zu bewerten und zu verbessern, da sie die Grundlage der diskreten Simulation feindisperser Partikeln und gekoppelter Partikelagglomerate z.B. in einer Scherfuge bilden. Als Ergebnis dieser partikelmechanischen Untersuchungen werden Erkenntnisse erwartet, die dazu beitragen sollen, die kontinuumsmechanischen Modelle besser zu fundieren, falls nötig zu erweitern und somit zu verbessern.