ISBN 978-3-8439-2663-8

978-3-8439-2663-8, Reihe Apparatedesign

Alexander Tollkötter
Mikrostrukturierte Baukastensysteme für Mehrphasenströmungen

207 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Bislang wird das Potential von Mikrostrukturen wegen hoher Stückfertigungskosten nur eingeschränkt ausgenutzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher zwei Baukastensysteme aus mikrofluidischen Elementen entwickelt, die die generelle Anwendbarkeit von Mikrostrukturen durch Reduzierung der Fertigungs- und Betriebskosten steigern. Die Abmessungen der Elemente wurden dabei in Anlehnung an bekannte Strukturen aus anderen Werkstoffen und auf Basis strömungstechnischer Einflussgrößen festgelegt. Die

Elemente des ersten Systems wurden aus Polymeren mittels Ultraschallheißprägen gefertigt. Es wurden unterschiedliche verfahrenstechnische Funktionen auf jeweils einem Element realisiert sowie anhand experimenteller und simulationsgestützter Untersuchungen validiert. Durch verschiedene Verbindungstypen konnte der Aufbau eines kompletten Reaktorsystems mit sehr geringem konstruktivem und zeitlichem Aufwand gezeigt werden. Zum Scale-Up wurden die Elemente des zweiten Systems aufgrund fertigungstechnischer Größenlimitierung des Ultraschallheißprägens aus Polymeren und Metallen mittels CNC-Fräsen hergestellt. In so gefertigten

Düsenstrukturen konnte mit einer kontinuierlichen Redispergierung eine hohe spezifische Oberfläche von gas/flüssig- sowie flüssig/flüssig-Systemen erzeugt sowie aufrechterhalten und damit vorteilhafte Transportvorgänge gewährleistet werden. Die

Dispergierung wurde dabei anhand geometrischer sowie stoffsystemspezifischer Einflussgrößen charakterisiert und hieraus vereinfachte Gesetzmäßigkeiten für eine Vorhersage der Blasen- oder Tropfendurchmesser abgeleitet. Für eine energetisch optimierte Betriebsweise des Systems wurde eine Kanalstruktur zur Erhöhung der

Verweilzeit mit verringerten Koaleszenzvorgängen entworfen. UBber ein individuelles Temperierungskonzept jedes Elements wurde insgesamt ein leicht an unterschiedliche Anwendungen und auch Betriebsbedingungen anpassbares Reaktorsystem entwickelt, dessen Leistungsfähigkeit für ein Beispielsystem gezeigt wurde.