Simulation der Nanopartikelsynthese

Nanopartikel bilden die Grundlage vieler neuartiger Materialien. Am IVG werden Methoden entwickelt solche Partikel durch Gasphasen-Prozesse in Strömungsreaktoren herzustellen. Die Modellierung und Simulation der partikelbeladenen, chemisch reagierenden Strömung ist zum Verständnis der Prozesse, zum Entwurf von Reaktoren und zur Lösung von Skalierungsproblemen unerlässlich. Diese Modelle und Methoden werden am Lehrstuhl für Fluiddynamik entwickelt.

Die Modellierung erfolgt durch die Implementierung der physikalischen Modelle in unseren Inhouse Code PsiPhi, sowie durch die Erweiterung der quelloffenen CFD Software OpenFOAM durch die Einbindung neuer Bibliotheken und Strömungslöser. Die resultierenden Simulationsergebnisse werden mittels experimenteller oder analytischer Daten abgeglichen und somit die Modelle validiert.

Derzeit werden die folgenden Projekte bearbeitet

  • Simulation der Nanopartikelsynthese in einem Niederdruck-Flammreaktor
  • Simulation der Nanopartikelsynthese in Spray-Flammen-Reaktoren
  • Simulation eines Mikrowellen-Plasmareaktor
  • Simulation eines Heißwandreaktors

Die folgenden Mitarbeiter bearbeiten zur Zeit Projekte im Bereich von Nanapartikelsyntheses:

  • Johannes Sellman - Simulations of nanparticle synthesis in laminar low pressure reactors and spray flames.
  • Patrick Wollny - Simulations of detailed nanoparticle synthesis in laminar reactors.
  • Efim Borukhovich -  Large eddy simulation of nanoparticle synthesis.

Ausgewählte Publikationen

  • Rittler, A., Large eddy simulation of nanoparticle synthesis from spray flames, PhD Thesis (2017). PDF
  • Deng, L., Numerical investigation of uncertainties in experiments for flame structure analysis and particle synthesis, PhD Thesis (2017). PDF
  • Feroughi, O. M., Deng, L.,  Kluge, S., Dreier, T., Wiggers, H., Wlokas, I., Schulz, I., Experimental and numerical study of a HMDSO-seeded premixed laminar low-pressure flame for SiO 2 nanoparticle synthesis, Proc. Comb. Inst., 36:1 (2017) 1045-1053.
  • Rittler, A., Deng, L., Wlokas, I., Kempf, A., Large eddy simulations of nanoparticle synthesis from flame spray pyrolysis, Proc. Comb. Inst. 36:1 (2017) 1077-1087.
  • Tufano, G., Stein, O. T., Kronenburg, A., Frassoldati, A., Faravelli, T., Deng, L., Kempf, A., Vascellari, M., Hasse, C., Resolved flow simulation of pulverized coal particle devolatilization and ignition in air-and O 2/CO 2-atmospheres, Fuel 186 (2016) 285-292.
  • Weise, C., Towards the modelling of spray flame process for nanoparticle synthesis, PhD Thesis (2015). PDF
  • Camacho, J., Liu, C., Gu, C., Lin, H., Huang, Z., Tang, Q., You, X., Saggese, C., Li, Y., Jung, H., Deng, L., Wlokas, I., Wang, H., Mobility size and mass of nascent soot particles in a benchmark premixed ethylene flame, Combust. Flame 162 (2015) 3810-3822.
  • Deng, L., Kempf, A., Hasemann, O., Korobeinichev, O. P., Wlokas, I., Investigation of the sampling nozzle effect on laminar flat flames, Combust. Flame 162 (2015) 1737-1747.
  • Feroughi, O.M., Hardt, S., Wlokas, I., Hülser, T., Wiggers, H., Dreier, T., Schulz, C., Laser-based in-situ measurement and simulation of gas-phase temperature and iron atom concentration in a pilot-plant nanoparticle synthesis reactor, Proceedings of the Combustion Institute 35.2 (2015): 2299-2306.
  • Weise, C., Menser, J., Kaiser, S., Kempf, A., Wlokas, I., Numerical investigation of the process steps in a spray flame reactor for nanoparticle synthesis, Proceedings of the Combustion Institute 35.2 (2015): 2259-2266.
  • M. Poliak, A. Fomin, V. Tsionsky, S. Cheskis, I. Wlokas, I. Rahinov, On the mechanism of nanoparticle formation in a flame doped by iron pentacarbonyl, Physical Chemistry Chemical Physics 17.1 (2015): 680-685, doi: 10.1039/C4CP04454A.
  • Weise, C., Faccinetto, A., Kluge, S., Kasper, T., Wiggers, H., Schulz, C., Wlokas, I., Kempf, A., Buoyancy induced limits for nanoparticle synthesis experiments in horizontal premixed low-pressure flat flame reactors, Combustion Theory and Modelling (2013) 1-18.
  • Wlokas, I., Faccinetto, A., Tribalet, B., Schulz, C., Kempf, A., Mechanism of iron oxide formation from iron pentacarbonyl doped hydrogen/oxygen flames, Int J Chemical Kinetics 45:8 (2013) 487-498.
  • Rabhiou, A., Kempf, A., Heyes, A., Oxidation of divalent rare earth phosphors for thermal history sensing, Sensors and Actuators B 177 (2013) 124-130.
  • Wlokas, I., Hecht, S., Schulz, C., Model for the formation of Fe2O3 in premixed Fe(CO)5-doped low-pressure H2/O2 flames, 5th European Combustion Meeting (2011).
  • Hardt, S.,Hamid, A., Weise, C., Wlokas, I., Wiggers, I., Schulz, C., Experimental and Numerical Investigation of Flame Spray assisted TiO2 Synthesis from Titaniumtetraisopropoxide, 5th European Combustion Meeting (2011).
  • Staude, S., Hecht, C., Wlokas, I., Schulz, C., Atakan, B., Experimental and Numerical Investigation of Fe(CO)5 Addition to Laminar Premixed Hydrogen/Oxygen/Argon Flame, Zeitschrift für Physikalische Chemie 223 (2009) 639-649.
  • Wlokas, I., Staude, S., Hecht, C., Atakan, B., Schulz, C., Measurement and simulation of Fe-atom concentrations in premixed Fe(CO)5-doped H2/O2 flames, 4th European Combustion Meeting (2009).

Nanopartikelsynthese in einem
Niederdruck-Flammenreaktor

Stromlinien und Contourplot der Temperatur in einem laminaren Niederdruck-Flammenreaktor

Stromlinien und Contourplot der
Temperatur in einem laminaren
Niederdruck-Flammenreaktor.

Mikrowellen-Plasmareaktor

Stromlinien des Hüllgasstroms und Darstellung des Trägergasstroms im Mikrowellen-Plasmareaktor.