Untersuchung zu Ein- und Zweiphasenströmungen in heterogenen dünnen porösen Medien
Tim Neumann
Gegenstand der Untersuchungen sind sowohl Einphasenströmungen als auch zweiphasige Verdrängungsströmungen einer gut benetzenden Flüssigkeit in einem gasgefüllten, porösen Medium. Letzteres wird als Kugelschüttung approximiert, welche durch den Einfluss einer geraden Wand, die die Schüttung begrenzt, in der wandnormalen Richtung eine heterogene Hohlraumverteilung aufweist. Weiterhin wird der Befüllvorgang von Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LIA) untersucht. Hier bestehen die Elektrodenfolien aus schüttungsähnlichen Schichten, die auf beide Seiten der unpermeablen Ladungskollektoren aufgeprägt, und getrennt von einer durchlässigen Separatorfolie übereinander gestapelt vorliegen. Somit bildet eine solche Einzelzelle, von denen eine Vielzahl zusammen den LIA ausmachen, einen Verbund aus drei unterschiedlichen, dünnen porösen Schichten zwischen zwei ebenen Wänden.
Es werden ausschließlich reibungsdominierte Strömungen untersucht. Die Modellierung basiert auf einer volumengemittelten Approximation der Erhaltungsgleichungen für poröse Medien, wobei die heterogene Hohlraumverteilung in der wandnormalen Richtung Berücksichtigung findet. Zur Bestimmung strömungsrelevanter mittlerer Größen werden Experimente an idealen Kugelschüttungen als auch an Einzelfolien des LIA herangezogen. Die Ergebnisse der grundlegenden Untersuchungen bilden die Basis für ein reduziertes numerisches Modell, mit dem die Ein- und Zweiphasenströmung in einer Kugelschüttung, als auch die Befüllung des Akkumulators berechnet werden kann.
