Direkte numerische Simulation von transientem Benetzungsverhalten in komplexen Dichtspaltgeometrien unter Verwendung von phaseFieldFoam

In dieser Arbeit wird das transiente Benetzungsverhalten von Wasser in komplexen Dichtspaltgeometrien simulativ untersucht. Das Benetzungsverhalten führt zu einem Kapillareffekt, der das Wasser in den Spalt treibt. Für die Darstellung dieses Kapillareffektes spielt die Bewegung der Dreiphasenkontaktlinie eine entscheidende Rolle und ist wegen der Haftbedingung an Wänden nicht trivial lösbar. Aus diesem Grund wird die Phasenfeld-Methode angewendet, die eine Bewegung der Dreiphasenkontaklinie durch Diffusion ermöglicht. Dabei wird der Löser "PhaseFieldFoam“ verwendet, der in einer Kooperation zwischen dem Karlsruher Institut für Technologie und der Technischen Universität Darmstadt als Erweiterung zu OpenFOAM entwickelt wird. Zunächst wird das Eindringverhalten von Wasser in eine Kapillare und einen Spalt zwischen zwei parallelen Platten anhand analytischer Vergleichslösungen validiert. Hierzu wird eine Parameterstudie mit Kontaktwinkel von 15°, 45° und 85° und Kapillardurchmesser/Plattenabstände von 1 mm 0,1 mm und 0,01 mm durchgeführt. Es ergeben sich gute Übereinstimmungen mit der analytischen Lösung, die allerdings stark von der richtigen Wahl des Mobilitätsparameters abhängen. ... mehrAnschließend werden drei verschiedene komplexe Dichtspaltgeometrien simuliert und miteinander verglichen. Es kann festgestellt werden, dass das Verhalten in komplexen Dichtspaltgeometrien und der so genannte pinning-Effekt phänomenologisch korrekt abgebildet werden. Zuletzt wird ein Dichtspalt simuliert, bei dem der Kontaktwinkel linear entlang der Wand variiert. Es zeigt sich, dass der variable Kontaktwinkel von der Simulation korrekt wiedergegeben wird.