(DLR-Projekt: FKZ 50 WM0054)

Wissenschaftliche Zielsetzung

Ziel des Vorhabens ist es, grundlegende Daten zur Aggregation metallischer Nanopartikel in inerten Trägergasen zu ermitteln. Mit Hilfe der Ergebnisse soll das konstruktive Layout von Anlagen optimiert werden, in denen diese metallischen Aggregate als hochporöse und hochreine Metallpulver gezielt in industriellem Maßstab hergestellt werden.

Dazu ist der Einsatz von online Messtechniken erforderlich, die es ermöglichen, die Verteilungen von Agglomeratgrößen ortsaufgelöst und als Funktion der Verweilzeit im Strömungsreaktor zu bestimmen. In einer Vorstudie wurde festgestellt, dass überlagerte Sedimentations und Konvektionseffekte zu nichtidealen (z.T. instabilen) Versuchsbedingungen führen und eine genaue Verfolgung der Aggregation entlang der Rohrströmung unmöglich machen.

In diesem Projekt wird durch den kombinierten Einsatz von Techniken zur Strömungscharakterisierung (PIV- (Particle-Image-Velocimetry) und LDA- (Laser-Doppler-Anemometrie)) und zur Partikelcharakterisierung (Bildverarbeitung, eine zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung der Aggregatgrößenverteilung entlang eines Strömungsrohres ermöglicht werden. Die unter Laborbedingungen beobachteten Sedimentations-/ und Konvektionseffekte (i.w. bedingt durch niedrigen Gasdruck: 20....50 mbar und die hohe Verdampfertemperatur von etwa 1200°C) können bei den Untersuchungen unter Bedingungen der Schwerelosigkeit unterdrückt werden. Da die Feststoffpartikel typische Verweilzeiten von einigen Sekunden im Strömungsrohr haben, stellen Parabelflug-Experimente (Mikrogravitationbedingungen für ca. 20 s) eine sinnvolle Plattform dar. Die Ergebnisse werden zur mittelfristigen Konzipierung und Auslegung von Anlagen zur Herstellung hochporöser Metallnanopulver im Technikums- und Produktionsmaßstab genutzt.

Das Projekt wird als Verbundprojekt des Lehrstuhls für Aerodynamik und Strömungslehre der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus mit dem Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung, IFAM, Bremen durchgeführt.