Projektbeschreibung
Grundlagen der Umwandlung von Flüssigkeit in Gas an der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche entschlüsseln
Das Verständnis der Energie- und Partikelstromdynamik an Dampf-Flüssigkeits-Grenzflächen ist für die Erklärung natürlicher und industrieller Prozesse wie die Bildung von Regentropfen und die Effizienz der Destillation von entscheidender Bedeutung. Das Ziel des ERC-finanzierten Projekts InterLab besteht darin, die durch die gegenwärtigen Modelle entstehenden erheblichen Überschätzungen der Verdunstungsraten an solchen Grenzflächen, insbesondere für Wasser, zu korrigieren. Die Forschenden planen, eine Theorie zu entwickeln, die die Verdampfungsraten auf 10 % der tatsächlichen Werte genau wiedergeben kann, indem die lokale Wärmeleitfähigkeit an der Grenzfläche untersucht wird. Das Team wird außerdem prüfen, wie Kohlenwasserstoffketten und Wasserstoffbrückenbindungen die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Oktan und Wasser beeinflussen. Mithilfe innovativer Versuchsanordnungen, verbesserter Modelle der numerischen Strömungsdynamik und Nichtgleichgewichts-Molekulardynamiksimulationen werden die Forschenden einen leistungsfähigen Rahmen schaffen, der Phänomene auf Molekülebene mit Beobachtungen im Labormaßstab in Einklang bringt.
Ziel
Transport of energy and particles across vapor-liquid interfaces is central for growth of rain drops in the atmosphere, evaporation from lakes, distillation columns, development of micro/nano-fluidic devices and much more. The objective of InterLab is to develop theory and methods to reproduce evaporation rates from steady-state experiments with water and octane within an accuracy of 10%. Such a theory is needed urgently since the established alternatives overpredict evaporation rates of water by 2-3 orders of magnitude. The core component of this new theory is the local thermal conductivity in the interfacial region.
To reach its objectives, InterLab must fill major knowledge gaps in the fundamental understanding of transport across vapor-liquid interfaces. The tensorial behavior of the local thermal conductivity at the interface will be described and the nature of the thermal insulation layer at the vapor-side of the vapor-liquid interface will be understood. Octane and water will be investigated to clarify the role of hydrocarbon chain contributions and hydrogen bonds. The predictions from the new theory will be tested against nonequilibrium molecular dynamics simulations and new evaporation experiments. To be able to distinguish the different transport mechanisms for evaporation and validate the theory, two experimental rigs will be built. The rigs will measure the pressure to an accuracy that is one order of magnitude better than what has been reported in the literature. A computational fluid dynamics model will be used to extract information about the local heat flux across the vapor-liquid interface to achieve sufficiently high accuracy. The overarching goal is to obtain an understanding, a theory, and quantitative agreement from the molecular level to lab-scale experiments.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
7491 Trondheim
Norwegen