The present thesis aims to get a fundamental understanding of how the molecular characteristics of a solute and solvent influence the thermo-physical properties of mixtures consisting of a liquid and a dissolved gas. Due to their relevance as working fluids in chemical and energy engineering, accurate data for the viscosity, interfacial tension, and mutual diffusion coefficient are required for the efficient design and optimization of related processes. In this work, light scattering experiments, which can determine the thermophysical properties in macroscopic thermodynamic equilibrium, are combined with equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations at temperatures up to 573 K. EMD simulations are able to predict multiple thermophysical properties by the analysis of the molecular motion in macroscopic thermodynamic equilibrium. The combination of EMD simulations with light scattering experiments allows for the validation of simulations as well as an interpretation of the results by studying the influence of molecular characteristics and the fluid structure on the thermophysical properties.
Aktualisiert: 2023-05-18
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The present thesis aims to get a fundamental understanding of how the molecular characteristics of a solute and solvent influence the thermo-physical properties of mixtures consisting of a liquid and a dissolved gas. Due to their relevance as working fluids in chemical and energy engineering, accurate data for the viscosity, interfacial tension, and mutual diffusion coefficient are required for the efficient design and optimization of related processes. In this work, light scattering experiments, which can determine the thermophysical properties in macroscopic thermodynamic equilibrium, are combined with equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations at temperatures up to 573 K. EMD simulations are able to predict multiple thermophysical properties by the analysis of the molecular motion in macroscopic thermodynamic equilibrium. The combination of EMD simulations with light scattering experiments allows for the validation of simulations as well as an interpretation of the results by studying the influence of molecular characteristics and the fluid structure on the thermophysical properties.
Aktualisiert: 2023-05-11
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The present thesis aims to get a fundamental understanding of how the molecular characteristics of a solute and solvent influence the thermo-physical properties of mixtures consisting of a liquid and a dissolved gas. Due to their relevance as working fluids in chemical and energy engineering, accurate data for the viscosity, interfacial tension, and mutual diffusion coefficient are required for the efficient design and optimization of related processes. In this work, light scattering experiments, which can determine the thermophysical properties in macroscopic thermodynamic equilibrium, are combined with equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations at temperatures up to 573 K. EMD simulations are able to predict multiple thermophysical properties by the analysis of the molecular motion in macroscopic thermodynamic equilibrium. The combination of EMD simulations with light scattering experiments allows for the validation of simulations as well as an interpretation of the results by studying the influence of molecular characteristics and the fluid structure on the thermophysical properties.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Die zugrundeliegende Physik der Kombination an Phänomenen des Flash-Sinterns ist bisher unklar. Es wurden mehrere Mechanismen vorgeschlagen, um das Auftreten der Nichtgleichgewichtsphänomene zu erklären. Eine Hypothese für einen möglichen Mechanismus besagt, dass während des FS Punktdefekte in Konzentration fernab des Gleichgewichts entstehen. Ein solcher Defekt-Mechanismus kann die meisten Phänomene des Flash-Sinterns beschreiben, jedoch fehlen Erklärungen dazu, wie solche Kristalldefekte während eines Flash-Sinter-Experiments erzeugt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Entstehung von Punktdefekten während des Flash-Sinterns auf eine Nichtgleichgewichtsverteilung von Gitterschwingungen zurückzuführen ist. Um diese Behauptung zu überprüfen, wurden Simulationen im Nichtgleichgewicht durchgeführt, in denen die Erzeugung von Punktdefekten durch das Anregen von Gitterschwingungen modelliert wurde.
Durch diese Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik-Simulationen konnte gezeigt werden, dass es in Aluminium und in Titandioxid dann zu einer Entstehung von Punktdefekten fernab des Gleichgewichts kommt, wenn drei Bedingungen während der Anregung von Gitterschwingungen erfüllt sind: (i) Die Gitterschwingungen sind kurzwellig, das heißt in der Nähe des Brillouin-Zonenrands, (ii) sie werden mit einer ausreichend hohen Rate angeregt und (iii) die Temperatur des Kristalls liegt oberhalb der Debye-Temperatur (aber deutlich unter dem Schmelzpunkt).
Neben der Erzeugung wurde auch der Einfluss von Punktdefekten im Zusammenhang mit Flash-Sinter-Experimenten untersucht. Für Titandioxid konnte gezeigt werden, dass Punktdefekte die Auslenkungen der beiden Atomsorten in gleicher Weise verändern, wie sie auch experimentell gemessen wurden. Darüber hinaus konnte für Zirconiumdioxid gezeigt werden, dass Punktdefekte den Elastizitätsmodul in ähnlicher Weise herabsetzen, wie es ebenfalls in einem Flash-Sinter-Experiment beobachtet wurde.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Die modernen Entwicklungen der Theorie der CRT werden beschrieben und umfangreich dokumentiert. Für die praktische Anwendung werden diese Modelle eingeordnet und bewertet. Die Modelle der Katalyse und Diffusionsphänomene werden detailliert behandelt, insbesondere in porösen Medien (Zeolithen, Clays, Nanotubes). Moderne theoretische Methoden wie Molekulardynamik, Monte Carlo- und Quantenchemie werden dargestellt. Adsorption und Desorption in der Katalyse werden sowohl theoretisch als auch experimentell eingehend beschrieben. Zusätzlich wird sehr umfassend die vorhandene Literatur behandelt und bewertet. Damit ist das Buch eine sehr umfassende Darstellung des Status quo, zur Einarbeitung und als Übersicht für Ingenieure und Wissenschaftler in Forschung, Entwicklung und Lehre, in Chemie, chemischer Technik/Verfahrenstechnik und angrenzenden Gebieten.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Die modernen Entwicklungen der Theorie der CRT werden beschrieben und umfangreich dokumentiert. Für die praktische Anwendung werden diese Modelle eingeordnet und bewertet. Die Modelle der Katalyse und Diffusionsphänomene werden detailliert behandelt, insbesondere in porösen Medien (Zeolithen, Clays, Nanotubes). Moderne theoretische Methoden wie Molekulardynamik, Monte Carlo- und Quantenchemie werden dargestellt. Adsorption und Desorption in der Katalyse werden sowohl theoretisch als auch experimentell eingehend beschrieben. Zusätzlich wird sehr umfassend die vorhandene Literatur behandelt und bewertet. Damit ist das Buch eine sehr umfassende Darstellung des Status quo, zur Einarbeitung und als Übersicht für Ingenieure und Wissenschaftler in Forschung, Entwicklung und Lehre, in Chemie, chemischer Technik/Verfahrenstechnik und angrenzenden Gebieten.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Dieses Buch erläutert die verschiedenen numerischen Verfahren, die in der Materialwissenschaft zum Einsatz kommen. Die Auswahl der Verfahren erhebt dabei keinen Anspruch auf Vollständigkeit, bietet jedoch einen Querschnitt über die wichtigsten und am häufigsten verwendeten Techniken. Wegen ihrer großen Bedeutung in den Ingenieurwissenschaften wird die FiniteElementMethode besonders umfassend behandelt. Zu den weiteren behandelten Methoden zählen zelluläre Automaten, MonteCarloMethoden, Versetzungssimulationen, Molekulardynamik Methoden, die Berechnung von Phasendiagrammen, neuronale Netze und Grundlagen der Bildbearbeitung und analyse. Das Buch richtet sich an Studenten der Ingenieur und Naturwissenschaften, die über Grundwissen in der Materialwissenschaft verfügen. Vorkenntnisse im Bereich der Numerik sind nicht erforderlich, die benötigten Methoden werden während der Diskussion der einzelnen Verfahren eingeführt. Die verwendeten Techniken werden an Beispielen erläutert und veranschaulicht.
Aktualisiert: 2008-11-05
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Diese Arbeit zeigt Ergebnisse direkter numerischer Simulationen turbulenter Strömungen auf Basis der Lattice-Boltzmann-Methode für ein generisches poröses Medium. Es werden sowohl Visualisierungen der Wirbelstrukturen als auch eine Auswertung statistischer Daten für die Analyse herangezogen. Damit wird die Gültigkeit der Darcy-Forchheimer-Gleichung bis hin zu turbulenten Strömungen nachgewiesen und gezeigt, dass die Abmessungen der turbulenten Strukturen immer im Bereich des Porendurchmessers liegen.
Mit der Untersuchung zur Durchströmung von nanoporösen Medien wird ein weiterer Aspekt beleuchtet: Kann die Darcy-Gleichung zur makroskopischen Beschreibung einer solchen Strömung angewandt werden? Ausgehend von dieser Fragestellung wird eine grundlegende Analyse der Anwendbarkeit von Kontinuumssimulationen für nanoskalige Geometrien durchgeführt. Für vier Fälle (Couette-/Poisseuillströmung, Krümmerdurch- und Zylinderumströmung) werden sowohl molekulardynamische als auch Kontinuums-Simulationen berechnet und die Ergebnisse für verschiedene Größen der Geometrien miteinander verglichen.
Aktualisiert: 2022-12-21
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