Sebastian Blahout

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Arbeitsgebiete

  • Experimentelle Strömungsmechanik
  • Micro Particle Image Velocimetry
  • Mikroskopie
  • Durchströmung mikroporöser Medien
  • Numerische Simulation von Mikroströmungen mittels Volumenmittelungsansätzen für die Erhaltungsgleichungen

Forschungsthema

Entwicklung empirischer Ansätze zur Beschreibung von Strömungsprozessen in mikrostrukturiert-porösen Grenzschichten mittels experimenteller Particle Image Velocimetry.

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Problemstellung
Mikrostrukturierte Oberflächen mit sehr regelmäßiger, periodischer Oberflächenkontur werden zum Beispiel in mikrofluidischen Kühlsystemen oder biomedizinischen Chips eingesetzt, um Wärme- oder Stofftransportprozesse zu optimieren. Die volumengemittelte Strömung durch solche mikrostrukturierten, porösen Grenzschichten kann mit Hilfe eines Kontinuumsansatzes sehr recheneffizient simuliert werden [1, 2]. Während für technische Strömungen vielfach Modelle für gleichförmig durchströmte und ungeordnet-poröse Medien genutzt werden, stellt die Beschreibung der Strömung an geordnet-porösen Grenzschichten jedoch bisher eine Herausforderung dar.

Ziele
Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die mikroskopische und die makroskopische Strömung in geordnet-porösen und anisotropen Grenzschichten experimentell mittels mikrofluidischer Untersuchungen zu erarbeiten und hieraus verbesserte Modellansätze für die Simulation abzuleiten. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Einfluss lokaler Porositätsvariationen und Trägheitseffekten in den Übergangszonen der porösen Grenzschicht zur offenen Strömung [3].

Methode
Die bekannte PIV-Methode wird mit Hilfe eines Fluoreszenzmikroskopes auf Geometrien mikroskopischer Größenordnung anwendbar gemacht. Abweichend zur PIV-Methode auf makroskopischen Skalen, werden bei der µPIV-Methode Tracerpartikel verwendet, die im Vergleich zur Wellenlänge des Laserlichtes klein sind. Außerdem können sich Brown’sche Molekularbewegungen auf die Strömungseigenschaften auswirken.
Ein weiteres Merkmal der µPIV-Methode ist die Art der Belichtung des zu untersuchenden Strömungsausschnittes. Während bei makroskopischen PIV-Messungen ein Lichtschnitt verwendet wird, der eine Ebene der Strömungsregion beleuchtet, wird bei der µPIV-Methode ein Volumenausschnitt der Strömung belichtet. Durch das eingesetzte Mikroskop-Objektiv wird dabei ein Messvolumen mit einer gewissen Tiefenschärfe festgelegt. Als Lichtquelle kommt ein gepulster Nd:YAG-Laser zum Einsatz, dessen Licht über ein System aus Linsen und Spiegeln direkt in das Mikroskop eingekoppelt wird.

[1] W. P. Breugem (2004). The influence of wall permeability on laminar and turbulent flows. Theory and simulations, Dissertation, Delft.
[2] S. Whitaker (1999). The Method of Volume Averaging. Kluwer.
[3] J. Hussong, W.-P. Breugem, J. Westerweel (2011). A continuum model for flow induced by metachronal coordination between beating cilia. J. Fluid Mech. 684, 137-162.

Weitere Aktivitäten

  • Koordinator der Ruhr-Universität Bochum für den Bachelor-Maschinenbau-Studiengang an der „Vietnamese-German-University“ in Ho-Chi-Minh-Stadt (Vietnam)

Lehre

  • Fachlaborversuch Kraftfahrzeug-Aerodynamik (Kraftfahrzeug-Antriebstechnik)




M. Sc. Sebastian Blahout


Ruhr-Universität Bochum
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44801 Bochum

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