Die Manipulation von Gas- und Flüssigkeitsströmungen auf mikroskopischen Skalen ist in der Verfahrenstechnik von enormer Bedeutung. Die Verkleinerung der Apparate ermöglicht kurze Produktionszeiten und gesteigerte Produktqualität bei sehr geringem Produkteinsatz. Eine der größten technischen Herausforderung besteht jedoch darin, auf mikroskopischen Skalen verschiedene Stoffe effizient miteinander zu mischen. Ziel des Projekts ist es, verschiedene Stoffe erheblich schneller zu vermischen als über molekulare Diffusionsprozesse. Um dies zu erreichen werden geschickt angeordnete Mikroblasen auf mikrostrukturierten Oberflächen mit Ultraschall angeregt. Akustisch angeregte Mikroblasen induzieren je nach Anordnung und Anregungsfrequenz sehr komplexe Sekundärströmungen. In dem Projekt wird systematisch analysiert, unter welchen Bedingungen die Überlagerung der induzierten Sekundärströmungen mit der Grundströmung das Vermischungsverhalten verbessert. Darüber hinaus wird untersucht, ob sich mit dieser Methode auch Verstopfungen in den Mikrokanälen aufbrechen und beseitigen lassen. Dies würde zu erheblich längeren Nutzungsdauern der Mikrokanale führen und damit Kosten in der industriellen Produktion senken. Aufgrund der Komplexität der Prozesse ist eine analytische und numerische Analyse von komplexen Anordnungen der Mikroblasen nicht möglich. Daher werden mit einer neu entwickelten 3D Geschwindigkeitsmesstechnik die räumlichen und zeitlichen Skalen der Strömungsphänomene experimentell erforscht.
 
Partner: University of Illinois at Urbana Champaign, USA
 
 
Fördergeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
 
Veröffentlichungen:
  • Marin A, Rossi M, Rallabandi B, Wang C, Hilgenfeldt S, Kähler CJ (2015) Three-dimensional phenomena in microbubble acoustic streaming. Physical Review Applied 3:041001
  • Volk A, Rossi M, Kähler CJ, Hilgenfeldt S, Marin A (2015) Growth control of sessile microbubbles in PDMS devices. Lab on a Chip 15:4607-4613
  • Rallabandi B, Marin A, Rossi M, Kähler CJ, Hilgenfeldt S (2015) Three-dimensional streaming flow in confined geometries. Journal of Fluid Mechanics 777:408-429
  • Bolaños-Jiménez R, Rossi M, Rivas DF, Kähler CJ, Marin A (2017) Streaming flow by oscillating bubbles: quantitative diagnostics via particle tracking velocimetry. Journal of Fluid Mechanics 820:529-548