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Technische Universität Darmstadt | Mathematische Modellierung und Analysis

Masterarbeit im SFB 1194 (Mathematik, Physik, Maschinenbau oder CE)

  • Online seit 19.05.2021
  • 210519-468818
  • Sonstige

Beschreibung

Master Thesis “Thermokapillare Migration benetzender Tropfen”

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 1194 (www.sfb1194.tu-darmstadt.de) ist eine Masterarbeit am Institut für Mathematische Modellierung und Analysis (MMA, www.mma.tu-darmstadt.de) der TU Darmstadt zu vergeben.

Dynamische Benetzungsphänomene sind in Natur und Technik allgegenwärtig. Die Beine eines Wasserläufers nutzen eine ausgeklügelte hierarchische Oberflächenstruktur, um Superhydrophobie zu erreichen und das Insekt auf einer Wasseroberfläche leicht stehen und laufen zu lassen. Die Fähigkeit, dynamische Benetzungsprozesse zu verstehen und zu steuern, ist entscheidend für eine Vielzahl industrieller und technischer Prozesse wie Bioprinting und Tintenstrahldruck oder Massentransport in Mikrofluidikgeräten. Andererseits stellt die kontinuumsmechanische Modellierung und Simulation von dynamischen Benetzungsprozessen noch heute eine Herausforderung für die Grundlagenforschung dar.

Grundlegendes Ziel der Masterarbeit ist die mathematische und numerische Beschreibung der Dynamik (z.B. Migrationsrichtung und Geschwindigkeit) eines Tropfens (z.B. Wasser) auf einer glatten Festkörperoberfläche angetrieben durch ein inhomogenes Temperaturfeld. Dieser Effekt wird “thermokapillare Migration” genannt.

Die Bearbeitung gliedert sich in die folgenden Schritte:

  • Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses der physikalischen Vorgänge auf Basis vereinfachter Modelle (Variationsformulierungen und “Lubrication” Näherung).
  • Durchführung von Strömungssimulationen (2D und ggf. 3D) auf Basis eines Finite Volumen basierten Lösers der am Fachgebiet MMA entwickelt wird.
  • Ggf. Adaption einzelner Komponenten des Strömungslösers (z.B. Randbedingungen) in der Programmiersprache Fortran.
  • Im Idealfall: Validierung der numerischen Resultate mit experimentellen Daten. Dazu arbeiten wir eng mit KollegInnen am Leibniz-Institut für Polymerforschung in Dresden zusammen (www.ipfdd.de).

Literatur

  1. A. Fath, D. Bothe: Direct numerical simulations of thermocapillary migration of a droplet attached to a solid wall, International Journal of Multiphase Flow 77, 2015, https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.08.018
  2. M. Fricke: Mathematical modeling and Volume-of-Fluid based simulation of dynamic wetting, Promotionsschrift, TU Darmstadt, 2021, https://doi.org/10.12921/tuprints-00014274
  3. A. Lippert: Direct Numerical Simulations of Thermocapillary Driven Motions in Two-phase Flows, Promotionsschrift, TU Darmstadt, 2016, https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5817/

Anforderungsprofil

Die folgenden Vorkenntnisse sind zur Bearbeitung hilfreich:

  • Solide mathematische Kenntnisse in den Bereichen Numerik und (partielle) Differentialgleichungen. Zum Beispiel erworben im Studium der Mathematik, Physik, Maschinenbau/Computational Engineering oder verwandter Studiengänge.
  • Solide Grundkenntnisse der Physik, insbesondere der Mechanik. Hilfreich sind insbesondere Kenntnisse in der Kontinuumsmechanik.
  • Programmiererfahrung in einer Sprache wie Fortran, C++, Python oder Matlab. Die Fortran Syntax kann während der Bearbeitung erlernt werden.
  • Generell Spaß am wissenschaftlichen und interdisziplinären Arbeiten.
  • Der zeitliche Umfang richtet sich nach der jeweiligen Studienordnung.

Anzeigendaten

Art der Beschäftigung
Nach Vereinbarung
Zeitraum der Beschäftigung
Nach Vereinbarung
Bewerbungsfristsende
Samstag, 31. Juli 2021 - 23:59
Bewerbungs-E-Mail
fricke@mma.tu-darmstadt.de

Kontaktdetails

Hochschule / Einrichtung
Technische Universität Darmstadt
Institut / Einrichtung
Mathematische Modellierung und Analysis
Standort
Alarich-Weiss-Straße 10
64287 Darmstadt, Deutschland
Kontaktperson
Herr Dr. Mathis Fricke
E-Mail
fricke@mma.tu-darmstadt.de
Webseite
http://www.mma.tu-darmstadt.de

Kontakt

Herr Dr. Mathis Fricke

fricke@mma.tu-darmstadt.de

Einsatzort

Technische Universität Darmstadt | Mathematische Modellierung und Analysis

http://www.mma.tu-darmstadt.de

Alarich-Weiss-Straße 10
64287 Darmstadt
Deutschland