Suspensionsströmungen

Dieser Bereich behandelt vornehmlich die Bewegung von Einzeltropfen und aufeinander folgenden Tropfen aus verdünnten Suspensionen winziger Partikel unter Schwerkrafteinfluss. Trägheitskräfte und Grenzflächenspannung werden vernachlässigt, was kleiner Re-Zahl bzw. unendlicher Bond-Zahl entspricht. Die Bewegung von Tropfen aus homogenen Fluiden und Suspensionen ist fundamental für Mehrphasenströmungen. Anwendungen finden sich in chemischen und pharmazeutischen Prozessen, und ähnliche Effekte existieren auch in geophysikalischen Strömungen. Daher ist das Verhalten von sedimentierenden Tropfen Gegenstand eingehender theoretischer und experimenteller Arbeit. Dabei wurden die Schlüsselstadien der Deformation von Einzeltropfen und Tropfenpaaren eindeutig identifiziert. Von besonderem Interesse sind die Vereinigung von Tropfen, die folgende Bildung eines Torus, und dessen Zerfall in mehrere Tropfen in einer wiederholten Abfolge. Zur Beschreibung von verformbaren Grenzflächen sowie von Vereinigung und Teilung wurde eine formale Analogie zwischen homogenen Flüssigkeitstropfen und einem Schwarm von gleichförmig verteilten Partikeln in verdünnter Lösung hergeleitet. Dies erlaubt numerische Simulationen mittels sogenannter „Stokeslets“, die alle charakteristischen Effekte klassischer Experimente sowie eigener Beobachtungen wiedergeben. Umfangreiche Untersuchungen mit PIV (particle image velocimetry) ermöglichen die genaue Analyse und bestätigen die theoretischen Ergebnisse.