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Untersuchungen des Strömungsverhaltens von Tensid-Lösungen in hyperbolischen Strömungskanälen mittels „Particle Image Velocimetry – PIV“

Untersuchungen des Strömungsverhaltens von Tensid-Lösungen in hyperbolischen Strömungskanälen mittels „Particle Image Velocimetry – PIV“
Forschungsthema:Untersuchungen zum strömungsinduzierten Strukturaufbau in verdünnten Tensidlösungen
Typ:Bachelor- oder Masterarbeit
Datum:nach Absprache
Betreuer:

M.Sc. Steffen Recktenwald

Die Anwendung von Tensiden, welche in wässrigen Lösungen wurmartige Mizellen (WLM) bilden, reicht vom Einsatz in Reinigungsmitteln, über Kosmetik- und Lebensmittelprodukte bis hin zur tertiären Ölförderung. Abhängig von der Tensidkonzentration, der Art des verwendeten Salzes, sowie des Salz/Tensid Verhältnisses, können in WLM Lösungen lineare oder verzweigte Strukturen entstehen. In verdünnten Tensidlösungen liegen bei ausreichend geringem Salzanteil lineare Mizellen vor, welche abhängig von der Strömung zu größeren Strukturen aggregieren können. Entstehende Strukturen haben einen drastischen Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften der Lösung. Daraus resultierende Phänomene wie Scherverfestigung oder sehr hohe Fadenlebensdauern bei uniaxialer Verstreckung können mittels scherrheologischer Messmethoden bzw. mit der Capillary Breakup Elongational Rheometry (CaBER) charakterisiert werden.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll das Verhalten bzw. die Strukturbildung von Tensidlösungen in Dehnungströmungen systematisch untersucht werden, um das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Struktur und der Dynamik in Tensidlösungen zu vertiefen. Hierzu sollen Strömungskanäle mit hyperbolischer Verjüngung im mm-Maßstab konstruiert und gefertigt werden. Die Strömungskanäle sollen mittels 3D-Drucker sowie mittels Laserschneiden gefertigt werden. Mit Hilfe von PEO-Lösungen als Modellsystem soll der Einfluss dieser Fertigungsmethoden auf die Strömung im Kanal untersucht werden. Die Strömung von verschiedenen Tensidlösungen in diesen Kanälen soll dann mittels „Particle Image Velocimetry – PIV“ untersucht werden. Diese Erkenntnisse werden mit Messungen in uniaxialer Dehnung (CaBER) verglichen, um Rückschlüsse auf die sehr hohen Fadenlebensdauern bei CaBER-Versuchen, die vermutlich durch dehnströmungsinduzierte Strukturbildung verursacht werden, zu erhalten. Das Auftreten der Strukturen soll zusätzlich durch klassische Rotationsrheometrie in Scherung sowie mittels CaBER in Dehnung charakterisiert werden. Als Modellsystem wird Cetyltrimethylammoniumbromid/Natriumsalicylat (CTAB/NaSal) eingesetzt.

 

Die Aufgabenstellung gliedert sich in folgende Schritte:

  1. Durchführung einer Literaturrecherche und Charakterisierung der Proben in Scherung und Dehnung.
  2. Konstruktion und Fertigung der hyperbolischen Strömungskanäle.
  3. Untersuchungen der Strömung mittels PIV.
  4. Schriftliche Ausarbeitung mit abschließendem Vortrag.