Weitere Projekte

  • Ein numerisches Model für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 1. Dezember 2014 - 31. Januar 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das übergeordnete Ziel des beantragten Mercator Vorhabens ist die Erstellung eines numerischen Modells für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen. Dazu werden drei Teilziel verfolgt:Das erste Teilziel besteht in der Entwicklung eines numerischen Models für die Partikel-Fluid-Interaktion. Dieses soll einerseits insbesondere die translatorischen und rotatorischen Effekte in der Fluidströmung berücksichtigen und andererseits einen besonderen Fokus auf die resultierende rotatorische Partikelbewegung durch eine hochgenau Bestimmung der Partikelorientierung und -winkelgeschwindigkeit legen. Hierzu sind die Erstellung eines verbesserten Lagrangeschen Partikelverfolgungsalgorithmus zur Verfolgung von nicht-sphärischen Partikeln in einem mit der Geschwindigkeits-Wirbel-Formulierung aufgelösten Strömungsfeld und die Entwicklung einer Zweiwegekopplung im Rahmen eines BEM-Zugangs, der auf einem verbessertem Quellverteilungsmodel in der fluiden Phase basiert, geplant.Das zweite Teilziel besteht in der Berücksichtigung von Kraft- und Momentenmodellen für nicht-spärische Partikel zur Erfassung des Impulsaustausches zwischen Partikeln und Strömung. Hierbei wird ein besondererFokus auf generische ellipsoide Partikelformen gelegt. Im Rahmen der beabsichtigten Starrkörpermodellierung für die Partikel wird begleitend ein Partikelpräprozessor entwickelt, um die Trägheitskennwerte beliebiger Partikel bereitzustellen.Das dritte Teilziel besteht in der Entwicklung schneller paralleler Algorithmen um so hochgenaue und schnelle Berechnungen insbesondere des Wirbelanteils der Strömung mit dem zuvor etablierten BEM-Zugang einerseits und eine effiziente Lösung der die Partikelbewegung beschreibenden differentialalgebraischen Gleichungen andererseits zu ermöglichenDer entwickelte Gesamtalgorithmus wird schließlich durch Vergleich mit unabhängigen numerischen Ergebnissen validiert auf den experimentell verifizierten Testfall einer Schlammflockensedimentierung angewandt.
  • Fracture Across Scales and Materials, Processes and Disciplines


    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Fracture Across Scales and Materials, Processes and Disciplines (FRAMED)
    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. Juli 2022
    Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
  • Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)


    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2027
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: https://www.frascal.research.fau.eu/

    Das Graduiertenkolleg (GK) zielt auf das vertiefte Verständnis des Bruchverhaltens spröder, heterogener Materialien, indem es Simulationsmethoden entwickelt, die den vielskaligen Charakter von Bruchvorgängen erfassen können. Durch i) Verankerung in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, ii) Fokussierung auf den Einfluss von Heterogenitäten auf das Bruchverhalten auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen sowie iii) Integration hochgradig spezialisierter Ansätze in ein „holistisches“ Konzept widmet sich das GK einem anspruchsvollen Querschnittsthema der Werkstoffmechanik. Obwohl Ansätze für Simulationen zur Beschreibung des Bruchverhaltens für bestimmte Materialtypen sowie spezifische Zeit- und Längenskalen existieren, fehlt bislang ein ganzheitlicher, übergreifender Ansatz, mit dem Bruchvorgänge in diversen, besonders in heterogenen Materialien und in verschiedener zeit- und räumlicher Auflösung erfassbar sind. Daher beantragen wir ein interdisziplinäres GK aus Mechanik, Werkstoffwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik, das die erforderliche Methodik zur Untersuchung der Mechanismen des Sprödbruchs und deren Beeinflussung durch mehrskalige Heterogenitäten in verschiedenen Materialien entwickeln wird. Die so erzielten Erkenntnisse und der methodische Rahmen werden es erlauben, in Bezug auf das Bruchverhalten maßgeschneiderte und optimierte Materialien zu entwickeln. Das GK wird ein repräsentatives Spektrum spröder Materialien und deren Komposite sowie granulare und poröse Materialien umfassen. Im GK werden diese auf für Natur- und Ingenieurwissenschaften relevanten Zeit- und Längenskalen in subatomaren, atomaren, mesoskaligen und makroskopischen Beschreibungen untersucht. Die Modellierungen und Simulationen beruhen auf Ansätzen der Quantenmechanik, der Molekularmechanik und der Kontinuumsmechanik. Diese werden in einen umfassenden Rahmen eingebettet, der perspektivisch zu einem virtuellen Labor führt, das letztlich aufwändige und teure Material- und Bauteilversuche ergänzen und minimieren soll. Im GK werden Nachwuchsforscherinnen und -forscher unter Betreuung erfahrener PAs zu anspruchsvollen skalenübergreifenden Fragen von Bruchvorgängen forschen. Das GK wird in der Forschung und Lehre Synergien fördern und soll ein Schlüsselelement in den interdisziplinären Forschungsschwerpunkten „Neue Materialien und Prozesse“ sowie „Modellierung–Simulation–Optimierung“ der FAU werden.

  • Numerical and experimental study of the deposition of micro-sized non-spherical solid particles in the nasal cavity


    (FAU Funds)
    Laufzeit: seit 1. Januar 2019

    The deposition of atmospheric particulate matter, typically in the microrange and in sharp of non-spherical shape, in the nasal cavity gaining interestin recent years. It is important to investigate the deposition fraction ofparticles in the nasal cavity since these particles can be easily removed vianasal wash. The rest of particles will be travelled to the upper and lowerairways as well as the alveoli of the deep lung. Most of force and torquemodels for non-spherical particles are only valid for limited flowconditions.  However, the flow field in the nasal cavity is rather complexand it is necessary to establish an accurate numerical model for tracking themotion of non-spherical particles moving in the nasal cavity in connection withexperimental validation. Moreover, many people have the problem of the deviatednasal septum and it is necessary to understand its influence on the pressuredrop and the deposition fraction of particles.