Reaktiver Stofftransport in Blasenschwärmen

In dem vorgelegten Antrag ist es unser Ziel, die komplexe Dynamik von dispergierten Mehrphasenströmungen mit modernsten Methoden zu untersuchen und ihren Einfluss auf komplexe (bio-) chemische Reaktionen zu quantifizieren. Im Speziellen sind unsere Ziele: 1.) Ein Modell zu entwickeln, das die direkte numerische Simulation (DNS) von chemischen Reaktionen in Gas- Flüssig- und Flüssig-Flüssigströmungen (Blasen/ Tropfenschwärmen) mit deformierbaren Oberflächen erlaubt. In diesem Teil dieses Projektes werden wir oszillierende Blasen, Blasenschwärme und Blasen in nicht-Newtonischen Flüssigkeiten untersuchen, und werden damit die erste Gruppe sein, der eine so detaillierte Analyse der komplexen Phänomene in reaktiven Mehrphasenströmungen mit deformierbaren Oberflächen gelingt. Wir werden auch die Beziehung zwischen Blaseneigenschaften, Stoffübergang, Reaktionsausbeute und Selektivität klären, sowie Closure-Beziehungen für den Einbau unserer Modelle in Reaktorsimulationsmodelle entwickeln. 2.) Das Simulationswerkzeug für Einzelblasen und Blasenschwärme auf industriell relevante Reaktionssysteme in der chemischen und biochemischen Industrie anzuwenden, um damit zur Prozessoptimierung und Prozessintensivierung beizutragen. Ein Schwerpunkt wird hier die Charakterisierung von Scherbeanspruchungen in nicht-Newtonschen Zellkulturmedien sein. 3.) Die Verifikation der numerisch vorausgesagten Trends durch experimentelle Studien, 3D DNS Simulationen und VOF Stoffübergangsanalysen. Die erforderlichen Experimente werden dabei einerseits von uns selbst durchgeführt, andererseits werden wir in diesem Bereich auch mit internationalen Forschungsgruppen zusammenarbeiten. Als Modellreaktionen werden Systeme gewählt, die relevant für die pharmazeutische Industrie sind. 4.) Wir werden versuchen, verstärkt Frauen in diesem Projekt einzubinden, um den Frauenanteil in der Wissenschaft und im Engineering zu heben. In der Vergangenheit war der Antragsteller durchaus erfolgreich in diesem Bereich (60% der Doktoranden waren Frauen).

In dem vorgelegten Antrag ist es unser Ziel, die komplexe Dynamik von dispergierten Mehrphasenströmungen mit modernsten Methoden zu untersuchen und ihren Einfluss auf komplexe (bio-)chemische Reaktionen zu quantifizieren. Im Speziellen sind unsere Ziele: 1. Ein Modell zu entwickeln, das die direkte numerische Simulation (DNS) von chemischen Reaktionen in Gas- Flüssig- und Flüssig-Flüssigströmungen (Blasen/Tropfenschwärmen) mit deformierbaren Oberflächen erlaubt. In diesem Teil dieses Projektes werden wir oszillierende Blasen, Blasenschwärme und Blasen in nicht-Newtonischen Flüssigkeiten untersuchen, und werden damit die erste Gruppe sein, der eine so detaillierte Analyse der komplexen Phänomene in reaktiven Mehrphasenströmungen mit deformierbaren Oberflächen gelingt. Wir werden auch die Beziehung zwischen Blaseneigenschaften, Stoffübergang, Reaktionsausbeute und Selektivität klären, sowie Closure-Beziehungen für den Einbau unserer Modelle in Reaktorsimulationsmodelle entwickeln. 2. Das Simulationswerkzeug für Einzelblasen und Blasenschwärme auf industriell relevante Reaktionssysteme in der chemischen und biochemischen Industrie anzuwenden, um damit zur Prozessoptimierung und Prozessintensivierung beizutragen. Ein Schwerpunkt wird hier die Charakterisierung von Scherbeanspruchungen in nicht-Newtonschen Zellkulturmedien sein. 3. Die Verifikation der numerisch vorausgesagten Trends durch experimentelle Studien, 3D DNS Simulationen und VOF Stoffübergangsanalysen. Die erforderlichen Experimente werden dabei einerseits von uns selbst durchgeführt, andererseits werden wir in diesem Bereich auch mit internationalen Forschungsgruppen zusammenarbeiten. Als Modellreaktionen werden Systeme gewählt, die relevant für die pharmazeutische Industrie sind. 4. Wir werden versuchen, verstärkt Frauen in diesem Projekt einzubinden, um den Frauenanteil in der Wissenschaft und im Engineering zu heben. In der Vergangenheit war der Antragsteller durchaus erfolgreich in diesem Bereich (60% der Doktoranden waren Frauen).