Partikelsimulation
Die Filtrationssimulation in den virtuellen Materialien geschieht mit dem GeoDict-Modul FilterDict. Nach Spezifikation von Russpartikelverteilung und verschiedensten Prozessparametern wird iterativ das Strömungsfeld und die Partikelbewegung berechnet.
Die Langrangesche Beschreibung der Partikelbewegung berücksichtigt:
- Partikel-Fluid-Reibung
- Partikelträgheit
- den Einfluss Brown'sche Bewegung
Angelagerte Partikel werden protokolliert und modifizieren die Geometrie für den nächsten Iterationsschritt.
Herausforderung Skalenunterschiede
Eine Herausforderung bei der Simulation sind die Skalenunterschiede zwischen dem Filter und den Russpartikeln. Typischerweise wird der eigentliche Filter im Bereich von wenigen Mikrometern aufgelöst. Die kleinsten Partikel sind dagegen nur einige Nanometer groß. Aus diesem Grund werden Ansammlungen von Partikeln als poröse Strukturen modelliert, an denen wiederum deponiert werden kann.
In die Strömungssimulation gehen sie in einem Stokes-Brinkmann-Modell als Permeabilitäten ein. Erwähnenswert ist hierbei, dass der Aufbau der porösen Strukturen vorab an hochaufgelösten Einzelfasersimulationen studiert und entsprechende Modellparameter für die eigentliche Mikrosimulation abgeleitet werden.