AiF-FV-Nummer 330 ZN

Kombinierte CFD/Monte-Carlo Methoden zur Kontrolle der Produkteigenschaften bei der Nanopartikel-Synthese

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.09.2009 bis 31.01.2012

Forschungsstellen

  • Universität Duisburg-Essen Fakultät Ingenieurwissenschaften Nanostrukturtechnik
    Bismarckstr. 81, 47057 Duisburg
    http://www.uni-due.de/nst

  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
    Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Universität Duisburg-Essen Fakultät Ingenieurwissenschaften Institut für Verbrennung und Gasdynamik
    Lotharstr. 1, 47048 Duisburg
    http://www.uni-due.de/ivg

Zusammenfassung

Ziel des Projektes war, eine im Vorgängerprojekt entwickelte Methode zur Berechnung von Produkteigenschaften von Nanopartikeln unter realen Prozessbedingungen in eine allgemeine Software umzusetzen, um damit eine bessere Kontrolle der Produkteigenschaften von Nanopartikeln zu erreichen. Zur Beschreibung der physikalischen Vorgänge bei der Nanopartikelsynthese ist die Kenntnis des Strömungs- und Temperaturfeldes sowie der Konzentrationsfelder der beteiligten Spezies von essentieller Bedeutung. Aufgrund der Erfahrungen aus dem Vorgängerprojekt hat es sich zudem als sinnvoll herausgestellt, auch die Partikelbildung durch homogene Nukleation im Zuge einer CFD-Simulation zu berechnen. Zu diesem Zweck wurde die verwendete open-source CFD-Software entsprechend angepasst, so dass die für die Berechnung der weiteren partikeldynamischen Vorgänge notwendigen Eingangsgrößen bereitgestellt werden konnten. Aufgrund der mit der Komplexität der zu beschreibenden physikalischen Vorgänge verbundenen Rechenintensivität wurde ein auf Grafikkarten basierender Rechencluster aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Die bestehenden Algorithmen zur stochastischen Beschreibung der partikeldynamischen Vorgänge wurden für die Verwendung auf Grafikkarten umgeschrieben. Für den stochastischen Transport der partikulären Phase auf Gittern beliebiger Struktur wurde ein neues Transportmodul entwickelt und in die Software integriert. Zur Validierung der Methodik wurde ein Heißwandraktor konstruiert und in Betrieb genommen. Die durchgeführten Versuche waren so konzeptioniert, dass einzelne Effekte möglichst isoliert betrachtet und damit auch validiert werden konnten. Die entwickelte Software findet im Rahmen des EU-Projektes BUONAPART-e („Better Upsaling and Optimization of Nanoparticle and Nanostructure Production by means of Electrical Discharges”, www.buonapart-e.eu), an dem u.a. 8 europäische kmUs beteiligt sind, weitere Verwendung. Dies garantiert den Ergebnistransfer in die Wirtschaft. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente