Teilprojekt 8
Modellierung der Prekursorchemie – Entwicklung, Reduktion und Optimierung von Reaktionsmechanismen des Zerfalls und der Verbrennung metallorganischer Verbindungen
Das Gesamtziel der Forschungsgruppe, skalierfähige Prozesse zur Gasphasensynthese maßgeschneiderter Nanopartikel zu entwickeln, verlangt eine detaillierte Beschreibung der chemischen Reaktionskinetik und der Partikeldynamik. TP8 hat in der zweiten Förderperiode das Ziel, Reaktionsmechanismen des Prekursorzerfalls und der Prekursorverbrennung (Oxidation und Interaktion mit der Flammenkinetik) weiter zu entwickeln und sie im Kontext der Partikeldynamik-Modellierung anzuwenden. In der ersten Förderperiode wurden die Grundlagen und Arbeitsprozesse entwickelt, um für die untersuchten Stoffsysteme detaillierte Reaktionsmechanismen mit moderatem Aufwand routinemäßig zu erstellen. Die Ergebnisse der ersten Förderperiode suggerieren, dass ein detailliertes Modell der Reaktionskinetik einer partikelbildenden Flamme auch die Reaktionen enthalten sollte, die die Bildung und Verbrauch früher, kleiner Cluster und Partikel beschreiben, da sich diese auch auf die Verbrennung an sich auswirken können. Daher soll das Modellportfolio der detaillierten Kinetiksimulation um die Partikelsynthese erweitert beziehungsweise mit Modellen der Partikeldynamik gekoppelt werden. Der formalisierte und teilweise automatisierte Prozess der Generierung, Optimierung und Reduktion von Mechanismen soll eingesetzt werden zur detaillierten Simulation der Partikelsynthese im Labormaßstab. Die experimentell ausgerichteten Projekte der Forschungsgruppe, TP1 bis TP7, liefern die Daten, mit denen Modelle überhaupt erst erstellt werden können (in einem iterativen Prozess aus Optimierung und Validierung). Ferner werden in TP8 die Methoden und Modelle entwickelt und erweitert –zur Simulation der Partikelbildung in homogenen Reaktoren (0D) und in laminarer, reagierender Strömung durch Stromröhren (1D). Diese Entwicklungen ergänzen die 2D/3D-Simulationen des TP9.
Die Ergebnisse der ersten Förderperiode legen auch den Schluss nahe, dass die Struktur der laminaren, vorgemischten Flamme mehrere partikelbildende Zonen aufweisen kann. Die Modellierung solcher Flammen verlangt detailliertes Wissen über die einzelnen Schritte bei der Stoffumwandlung vom gasförmigen Prekursor zu kondensierbaren Zwischenprodukten und ihrer Verdampfung oder Verbrennung zu den Vorläufermolekülen der eigentlichen Produktpartikel. Das TP8 soll sich der Entwicklung dieser Modelle und Reaktionsschemata widmen.
Projektleitung:
Dr.-Ing. Irenäus Wlokas
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 203 379-8104
E-Mail: i.wlokas@uni-due.de
https://www.uni-due.de/ivg/fluiddynamik/
Prof. Dr.-Ing. Andreas Kempf
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 203 379-8103
E-Mail: andreas.kempf@uni-due.de
http://www.uni-due.de/ivg/fluiddynamik/
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