Bøger af Nicolas Fries

Das Ziel der hier vorgestellten Arbeit ist die Untersuchung von kapillardominierten Transportprozessenin porösen Materialien und kleinen, zylindrischen Rohren. Von Relevanz ist diesinsbesondere für die raumfahrtbezogene Anwendung von porösen Metallgeweben (häufig DutchTwilled Weaves) in sogenannten Propellant Management Devices (PMDs) für Treibstofftanks.So gilt es, bei der Konstruktion von Raketentanks für flüssige Treibstoffe sicherzustellen, dassin einer Mikrogravitationsumgebung kein Gas in die Treibstoffleitungen gelangt. Diese Aufgabeübernehmen die PMDs häufig dadurch, dass sie den Blasendurchbruchsdruck (bubble point)von porösen Strukturen nutzen.Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit einer grundlegenden Diskussion der theoretischenModellierung kapillarer Strömungen. Zunächst wird eine Einführung in relevante Grundgleichungen,wie beispielsweise die integrale Bilanz des Impulses, gegeben. Die im nächstenSchritt vereinfachte Impulsbilanz stellt dann die Basis für die weiteren mathematischen Betrachtungendar, die im Folgenden um sogenannte Pore Structure Parameters ergänzt werden,um die kapillaren Strömungen in porösen Materialien umfassend beschreiben zu können. Durchdie Verwendung der Parameter statischer Radius (Beschreibung des Kapillardrucks), Permeabilität (Beschreibung des viskosen Druckverlustes in der porösen Struktur) sowie Porosität(Beschreibung des Verhältnisses von Porenvolumen zu Gesamtvolumen) lässt sich eine Impulsbilanzfür poröse Materialien aufstellen. Es zeigt sich, dass die Gleichungen für poröse Materialienbzw. für zylindrische Rohre ähnlich sind und somit eine Analogie zwischen kapillarenTransportprozessen in zylindrischen Rohren und porösen Strukturen existiert. Folglich lassensich analytische Lösungen, die ursprünglich nur für Strömungen in Rohren entwickelt wurden,auch für die Beschreibung von Transportprozessen in porösen Strukturen verwenden.Unter Anwendung des Buckingham Pi Theorems werden in einer detaillierten Dimensionsanalysedie verschiedenen Skalierungsansätze vorgestellt und diskutiert. Anhand eines mathematischenVergleiches der verschiedenen analytischen Lösungen für einen trägheits- bzw. viskosdominierten Transport kann eruiert werden, welche Kräfte zu welchem Zeitpunkt desTransportprozesses relevant sind. Die Erkenntnis, welche Terme berücksichtigt werden müssen, isteine wichtige Voraussetzung für eine präzise Beschreibung des Transportprozesses. Ein Vergleichdes Modells mit experimentellen Daten aus der fachspezifischen Literatur konnte hierbeieine gute übereinstimmung nachweisen.