https://cuvillier.de/de/shop/publications/2353

Ähnliche Dokumente
Whittaker, Holtermann, Hänni / Einführung in die griechische Sprache

Berichte aus der Produktionstechnik

Analyse und Vergleich der Online-Patienteninformationen der Universitätskliniken Deutschlands

Heinrich Hemme, Der Mathe-Jogger 2

Verbunde aus Hochtemperaturthermoplasten und Kupfer für flexible Schaltungsträger

Qualitätsmanagement in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU)

Entwurf zur Prozessanalyse biotechnologischer Produktionen

Ideale und Reale Gase. Was ist ein ideales Gas? einatomige Moleküle mit keinerlei gegenseitiger WW keinem Eigenvolumen (punktförmig)

Inhaltliche Anforderungen an das Titelblatt einer Dissertation

Markus Pister (Autor) Integration formaler Fehlereinflussanalyse in die Funktionsentwicklung bei der Automobilindustrie

Multiple-Choice Test. Alle Fragen können mit Hilfe der Versuchsanleitung richtig gelöst werden.

Nomos. aus der Perspektive des deutschen Gesundheitssystems. Beiträge zum Gesundheitsmanagement 20. Grenzüberschreitende Gesundheitsversorgung

Entwicklung einer rechnergestützten Auswahl, Anpassung und Anwendung von Qualitätsmethoden

Michael Schleeger Funktionsstudien der Cytochrom c Oxidase mit Hilfe von stationärer Differenz- und zeitaufgelöster FT-IR-Spektroskopie

Portfolio Insurance - CPPI im Vergleich zu anderen Strategien

Sortimentspolitik im Multi-Channel-Handel von Drogeriemärkten

Phasengrenzschichten

Robert Weikl. Simulationen zur Abschätzung der Marktanteilsentwicklung unterschiedlicher. am deutschen Fahrzeugmarkt

Finanzentwicklung der sozialen Pflegeversicherung

Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III)

Aufsichtsrechtliche Anforderungen. Auswirkungen auf Leasinggesellschaften

Die Auswirkung physikalischen Stresses auf monoklonale Antikörper in der Formulierungsentwicklung

E-Learning im Fach BwR an der Realschule

E-Learning an berufsbildenden Schulen

Der Autokäufer das bekannte Wesen

APP USABILITY SCHNELLEINSTIEG 35 CHECK- LISTEN FÜR DIE PRAXIS 160 SEITEN PLATTFORMÜBERGREIFENDES DESIGN: ANDROID, APPLE IOS UND WINDOWS PHONE

Kennzahlensysteme für Kleinunternehmen im Tourismus

Praxishandbuch Gewerberaummiete

Die Bilanzierung von Dividenden nach HGB, Steuerbilanzrecht und IFRS

Deutsch-russische Beziehungen im Gassektor

Tropfenkonturanalyse

Erfolgreich im Studium der Geisteswissenschaften

E u roparecht. Beiheft Der Rechtsschutz vor dem Gerichtshof der EU nach dem Vertrag von Lissabon. Nomos. Jürgen Schwarze [Hrsg.

Robert Jung. Registergerichtliche Prüfung und Haftungsfragen bei der Mantelund Vorrats-GmbH

Buchwissenschaftliche Beiträge

WISSENSCHAFTLICHE BEITRÄGE

Versicherungswissenschaftliche Studien. Möglichkeiten zur Generierung von Präventionsanreizen in der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung

Beate Gropp Die Haftung für Steuerschulden auf Grund Zivilrechts unter besonderer Berücksichtigung der BGB Gesellschaft

Medizinische Grundlagen der Heilpädagogik

2,00 1,75. Kompressionsfaktor z 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25. Druck in MPa. Druckabhängigkeit des Kompressionsfaktors. Chemische Verfahrenstechnik

Personalisiertes E-Learning

Fallstricke Sozialer Arbeit

Website. zur eigenen. Ihr Weg ins Web: Domain, Hoster, Installation, Verwaltung, Pflege und IT-Recht. Websites. erstellen

Anti-Fraud Management und Corporate Governance im Mittelstand

Verfahren und Maschine zur Individualisierten Produktion mit High Power Selective Laser Melting

Allgemeine Chemie. SS 2014 Thomas Loerting. Thomas Loerting Allgemeine Chemie

LIFE SCIENCES Forschung & Entwicklung

Erfolgreiche Umwelt kommunikation im Internet

Der verfassungsrechtliche Rahmen für Fusionen von Universitäten und Fachhochschulen

Rolf F. Toffel Friedrich Wilhelm Toffel. Claim-Management

Erwin Lammenett. TYPO3 Online-Marketing-Guide

Scholz (Hrsg.) / Krämer / Schollmayer / Völcker. Android-Apps. Konzeption, Programmierung und Vermarktung

Tanja Hartwig genannt Harbsmeier. Up- und Cross-Selling

KWI-Arbeitshefte 8. Kommunalwissenschaftliches Institut. Christiane Büchner Olaf Gründel (Hrsg.)

11. Ideale Gasgleichung

Kompetenzen und Qualifikationen für Hochschulmanager

UTB Eine Arbeitsgemeinschaft der Verlage

Grundlagen Schriften zum Gemeinschaftsprivatrecht

Human Capital Management: Anwendbarkeit und Nutzen einer monetären Human Capital Bewertung mit der Saarbrücker Formel nach Scholz, Stein & Bechtel

Die Erkundung organisationaler Umwelten

Studien der Hessischen Stiftung 27 Friedens- und Konfliktforschung

Rainer Ambrosy / Franz Bosbach / Susanne Schulz (Hrsg.) Campusmanagement

Starke Nachhaltigkeit im interkulturellen Kontext

Bibliografische Informationen der Deutschen Nationalbibliothek

Mehr Selbstständigkeit für Menschen mit Autismus

Der einfache Weg zur Pflegestufe

X.systems.press ist eine praxisorientierte Reihe zur Entwicklung und Administration von Betriebssystemen, Netzwerken und Datenbanken.

Der Einfluss von Product Placement in Fashion Blogs auf das Kaufverhalten

Bankenrevision. Erich Schmidt Verlag. Entwicklungen und Herausforderungen für die Überwachung. Dr. Sören S. Abendroth

Herbert Scheithauer und Heike Dele Bull

Innovationsdrehscheibe Bergisches Land - Innovationen erleben

Hochschulmanagement und Führungsmodelle

Nomos. Kartellrecht in zweiseitigen Wirtschaftszweigen. Martin Blaschczok

Fachwörterbuch Sozialrecht und Arbeitsschutz

Horst Greifeneder. Erfolgreiches Suchmachinen-Marketing

Die Avogadro-Konstante N A

Bankenkrisenökonomie

WISSENSCHAFTLICHE BEITRÄGE

Hedgefonds und Private Equity - Fluch oder Segen?

IT-gestützte Kommissionierung im Online-Modehandel. Konzeption, Realisierung und Einführung

Mathematik. Erich und Hildegard Bulitta. Nachhilfe Mathematik. Teil 5: Zins- und Promillerechnen Gesamtband (Band 1 + 2) Übungsheft

BWL im Bachelor-Studiengang

Controlling von Outsourcing-Projekten

Stefan Kirn, Christian Anhalt, Christian Heine (Hrsg.)

Controlling im Mittelstand

Datenaustausch in Geographischen Informationssystemen

Basiswissen Software-Projektmanagement

Jörn Plönnigs. Control Network Performance Engineering

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Latein kann ich auch - Rom und die Römer

Entwicklung und Untersuchung eines Konzepts zur interaktiven Erhebung von Arbeitsprozessen

Erfolgsfaktor Kundenzufriedenheit

Audiospektrum- Analyse mit Mikrocontrollern

Change Management in der Praxis

Curriculum Chemie Klasse 8 Albert-Einstein-Gymnasium Ulm

Cultural Diversity Management und Leadership

Handbuch Kundenmanagement

Formale Richtlinien für die Erstellung von Dissertationsschriften / Diplom- und Studienarbeiten

Fremdenfeindlichkeit und die von Migranten wahrgenommene Diskriminierung in Deutschland

Titration einer Säure mit einer Base

Transkript:

Bettina Giesen (Autor) Modellierung und Simulation der Synthese von Nanopartikeln in der Gasphase Untersuchungen zur Wechselwirkung von Koagulation und Koaleszenz https://cuvillier.de/de/shop/publications/2353 Copyright: Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, 37075 Göttingen, Germany Telefon: +49 (0)551 54724-0, E-Mail: info@cuvillier.de, Website: https://cuvillier.de

Modellierung und Simulation der Synthese von Nanopartikeln in der Gasphase Untersuchungen zur Wechselwirkung von Koagulation und Koaleszenz Von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau der Universität Duisburg-Essen zur Erlangung des akademischen Grades DOKTOR-INGENIEURIN genehmigte Dissertation von Bettina Giesen aus Oberhausen Referent: Prof. Dr.-Ing. Paul Roth Korreferent: Prof. Dr. rer. mat. Markus Winterer Tag der mündlichen Prüfung: 18. Oktober 2005

Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. 1. Aufl. - Göttingen : Cuvillier, 2006 Zugl.: Duisburg-Essen, Univ., Diss., 2005 ISBN 3-86537-726-2 CUVILLIER VERLAG, Göttingen 2006 Nonnenstieg 8, 37075 Göttingen Telefon: 0551-54724-0 Telefax: 0551-54724-21 www.cuvillier.de Alle Rechte vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es nicht gestattet, das Buch oder Teile daraus auf fotomechanischem Weg (Fotokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen. 1. Auflage, 2006 Gedruckt auf säurefreiem Papier ISBN 3-86537-726-2

Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftliche Assistentin am Institut für Verbrennung und Gasdynamik der Universität Duisburg- Essen. Diese wurde wesentlich durch den Sonderforschungsbereich 445 Nano-Partikel aus der Gasphase: Entstehung, Struktur, Eigenschaften und den Verbund Vermos: Modellbildung und Simulation in der Produktionslinie chemischer Produkte unterstützt. Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater, Herrn Prof. Dr.-Ing. Paul Roth, für die Themenstellung und das stete Interesse, mit dem er den Fortgang der Arbeit verfolgt und gefördert hat. Seine Erfahrung und sein Engagement waren mir eine große Unterstützung. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Markus Winterer danke ich herzlich für die Übernahme des Korrereferates. Nicht zuletzt möchte ich allen Freunden, Mitarbeitern und Studenten im Institut für Verbrennung und Gasdynamik danken. Sie alle haben durch ihre freundschaftliche Zusammenarbeit wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen. Duisburg im September 2005

Inhaltsverzeichnis Nomenklatur 1 1 Einleitung 5 2 Grundlagen: Partikelerzeugung in der Gasphase 11 2.1 Theorie der Partikelbildung und des Partikelwachstums.......... 12 2.2 Modelle zur Beschreibung von Partikelpopulationen............ 19 2.3 Entwickeltes Partikelmodell........................ 25 2.4 Modellierung der Gasphase......................... 33 2.5 Umsetzung im Strömungslöser Fluent................... 37 3 Synthese von Silizium-Nanopartikeln aus Silan 38 3.1 Simulation eines wandbeheizten Rohrreaktors............... 39 3.2 Simulation eines Mikrowellenreaktors und Vergleich mit Experimenten. 55 3.2.1 Beschreibung der Experimente................... 55 3.2.2 Modellierung von Gas und Partikelphase............. 57 3.2.3 Ergebnisse von Modellierung und Experiment........... 59 4 Synthese von Eisen-Nanopartikeln aus Eisenpentacarbonyl 64 4.1 Beschreibung der Experimente....................... 65 4.2 Modellierung von Gas- und Partikelphase................. 69 4.3 Ergebnisse von Modellierung und Experiment am Reaktoraustritt..... 73 i

4.3.1 Bulk-Sintermodell......................... 73 4.3.2 Erweiterung des Sintermodells in den Nanometerbereich..... 75 4.4 Weiterführende Ergebnisse der Modellierung............... 82 5 Zusammenfassung 87 Literaturverzeichnis 89 A Anhang 100 A.1 Herleitung des Momentenmodells..................... 100 ii

Nomenklatur Symbol Einheit Bedeutung a, ā [m 2 ] Oberfläche a sph [m 2 ] Oberfläche der volumengleichen Kugel A [1/m] Gesamtoberfläche der Partikel pro Volumeneinheit A min [1/m] minimale Gesamtoberfläche der Partikel pro Volumeneinheit B [1] Konstante c [mol/m 3 ] Konzentration d [m] Durchmesser d pp,min [m] Parameter des Eisen-Sintermodells, unterhalb dieses Durchmessers wird instantane Koaleszenz angenommen d 0 [m] Durchmesser bei dem alle Atome eines Partikels auf der Oberfläche liegen D [m 2 /s] Diffusionskoeffizient D s [1] Oberflächen Fraktale Dimension E [1] Konstante E [J/mol] Aktivierungsenergie 2 f F L Flussfunktion der user defined scalar in Fluent J [kg/m 3 s] Nukleationsrate l [m] mittlere freie Weglänge k [1] Anzahl der Sinterschritte eines Agglomerates k [1/s] Reaktionskoeffizient k B [J/K] Boltzman Konstante Kn [1] Knudsen Zahl m [kg] Masse m [1] Anzahl der Primärpartikeln, die in einem Schritt sintern M k [m 3(k 1) ] k-tes Moment der Partikelvolumenverteilung n pp [1] gemittelte Anzahl der Primärpartikel in einem Agglomerat 1

Symbol Einheit Bedeutung n [1] Normalenvektor N p [m 3 ] Partikelanzahlkonzentration N(v p ) [1/m 6 ] Partikelvolumenverteilung N(v p, a p ) [1/m 8 ] zweidimensionale Partikelverteilungsfunktion in Volumen und Oberfläche N xy [1/m 3 s] Anzahl der Stöße von Partikeln mit Volumen v p,x und v p,y p [Pa] Druck p s [Pa] Sattdampfdruck über einer ebenen Oberfläche p d [Pa] Sattdampfdruck über einer gekrümmten Oberfläche mit Durchmesser d P k [m 3(k 1) /s] Kollisionsintegral des k-ten Momentes P MW [W] Leistung der Mikrowelle R [J/molK] allgemeine Gaskonstante R [mol/m 3 s] Reaktionsrate s [1] Kollisionsfaktor s [1] Zugänglichkeit der Oberfläche eines Partikels S [1] Übersättigung 2 S F L Quellterm der user defined scalars in Fluent T [K] Temperatur T m [K] Schmelztemperatur u G [m/s] Relativgeschwindigkeit der Gasphase v, v [m 3 ] Volumen ṽ [m 3 ] mittleres Volumen v eq [m 3 ] Volumen einer Kugel mit derselben zugänglichen Oberfläche wie ein mittleres Agglomerat v g [m 3 ] geometrischer Mittelwert des Partikelvolumens w [m] Länge der Korngrenze w [m/s] Geschwindigkeit w p [m/s] massengemittelte Geschwindigkeit der Partikel V MW [m 3 ] Volumen in das die Mikrowellen eingekoppelt werden x [m] axiale Koordinate des simulierten Reaktors α [1] Maß für die Anzahl von Primärpartikeln auf der Oberfläche eines Agglomerates α msd [1] Verhältnis der mittleren Auslenkung der Atome an der Oberfläche und im Innern eines Partikels β [m 3 /s] Kollisionskoeffizient 2

Symbol Einheit Bedeutung γ [J/m 2 ] Oberflächenspannung δ 1 Dirac Funktion δ [m] Schichtdicke η [m 3 /s] Koagulationskoeffizient µ [Pas] dynamische Viskosität der Gasphase ξ [m 3 /s] Koagulationskoeffizient φ 2 skalare Größe ρ [kg/m 3 ] Dichte σ [1] Geometrische Standardabweichung τ f [s] Charakteristische Sinterzeit τ c [s] Charakteristische Koagulationszeit Ω [m 3 /mol] Molares Volumen der diffundierenden Spezies Θ Heavyside Funktion Indizes a p C F L F M G gb i p p0 p pp qs sd vd v p Partikel mit Oberfläche a p Kontinuum Fluent frei molekularer Bereich Gasphase Korngrenzdiffusion Komponente Partikel Monomer kritischer Keim Primärpartikel über den Querschnitt (eines Reaktors) summiert Oberflächendiffusion Volumendiffusion Partikel mit Volumen v p 1 Die Dirac Funktion erhält ihren Wert durch Integration. Ihre Dimension entspricht dem Kehrwert der Einheit der Integrationsvariablen. 2 Die Einheiten in Gleichung 2.70 hängen von der zu lösenden Gleichung ab. 3