partikelflöde

Partikelflöde beschreibt das Fließverhalten von dispersen Teilchen, die in einem Trägermedium wie einer Flüssigkeit oder einem Gas transportiert werden. Solche Teilchen können Feststoffe, Flüssigkeitströpfchen oder Aerosole sein. Partikelflöde tritt in vielen technischen und naturwissenschaftlichen Bereichen auf, etwa in der Aerosol- und Umweltforschung, der Verfahrenstechnik, der Verbrennungstechnik oder der medizinischen Inhalationsforschung.

Zur Modellierung werden häufig zwei Grundansätze verwendet: Eulerian-Lagrangian-Modelle, bei denen der Trägermedium kontinuierlich beschrieben wird und Partikelspuren individuell verfolgt werden, sowie Eulerian-Eulerian-Modelle, die beide Phasen als zusammenhängende Kontinua betrachten. Wichtige Kräfte sind Drag, Gravitation, Auftrieb, Trägheits- bzw. Nichtgleichgewichtskräfte sowie Brownsche Bewegung bei feinen Partikeln. Die Kopplung zwischen Partikeln und Trägerflüssigkeit reicht von Einwegkopplung (Wirkung der Partikel auf die Strömung vernachlässigbar) bis hin zur Zweiwegkopplung (Partikel beeinflussen Strömung durch Rückwirkung). Für kleine Partikel mit niedriger Reynolds-Zahl gelten oft Stokes’ Gesetz und Korrekturen wie der Cunningham-Slip-Faktor.

Anwendungen umfassen die Vorhersage der Aerosolausbreitung und Deposition in der Umwelt, Sprühtrocknung, Verbrennungsprozesse, Staub- und Schadstofftransport sowie die pharmakologische Aerosoltherapie. Typische Herausforderungen sind die Berücksichtigung von Polydispersion, nicht-elliptischen Partikeln, Kollisions- und Koagulationsprozesse sowie komplexe Turbulenz-Interaktionen in realen Geometrien.