Zusammenfassung

Übersicht und Motivation

Das Exzellenzcluster “Intelligente Grenzflächen: Verständnis und Gestaltung von Strömungsberandungen” befasst sich mit Phasengrenzflächen, bei denen fluide Phasen (Gas und/oder Flüssigkeit) mit einer festen Wand wechselwirken. „Intelligente Grenzflächen“ beziehen sich auf Strömungsberandungen, die gezielt entworfen oder gefertigt werden, um eine spezifische Verbesserung oder Steuerbarkeit eines Massen-, Impuls- oder Wärmetransports zu erreichen. Die globalen Ziele des Clusters umfassen das Verständnis, den Entwurf, die Weiterentwicklung und die Anwendung von „Intelligenten Grenzflächen“, wobei Fortschritte aus vielen Fachdisziplinen der Natur- und Ingenieurwissenschaften einfließen.

Solche flüssig-festen Grenzflächen und die einhergehenden Phänomene sind allgegenwärtig im täglichen Leben und repräsentieren Schlüsseltechnologien auf vielen bestehenden und entstehenden Gebieten. Ihre ökonomische Relevanz und das enorme Potential für Neuerungen in der Entwicklung und Anwendung von intelligenten Oberflächen an fluiden Grenzen bilden die Grundlage für dieses Exzellenzcluster. Fünf miteinander verflochtene Forschungsbereiche, in denen ein hohes Innovationspotential steckt, und die vielversprechend im Hinblick auf den Technologietransfer in industrielle Anwendungen sind, werden eingerichtet:

• Statische und dynamische Benetzbarkeit
• Verbesserung von Wärmetransport
• Wandnahe reaktive Strömungen
• Wandnahe Mehrphasenströmungen
• Widerstands- und Zirkulationsbeeinflussung

In jedem dieser Forschungsgebiete gibt es realistische Erwartungen die Leistung von herkömmlichen Grenzflächen durch passive, aktive oder reaktive Mittel zur Beeinflussung und/oder zur Kontrolle elementarer Oberflächeneigenschaften deutlich zu verbessern. Abhängig von den jeweils zugehörigen Charakteristika können diese Verbesserungen neue Anwendungen, verringerten Energieverbrauch, verlängerte Haltbarkeit, erhöhte Leistung, Qualitätserhöhung oder ökologische Verträglichkeit bedeuten.

Forschung auf dem Gebiet von intelligenten Grenzflächen erfordert eine stark interdisziplinäre Herangehensweise, bei der die Strömungslehre mit zahlreichen anderen Forschungsgebieten wie Materialwissenschaften, Thermodynamik, physikalische Chemie, Plasmaphysik, Mathematik, Optimierung, Produktions- und Umformtechnik, Adaptronik etc. kombiniert wird. Ein grundlegendes und strukturelles Ziel des Clusters ist es daher, Kommunikation und Wissensaustausch innerhalb der einbezogenen Hauptdisziplinen zu ermöglichen und zu fördern, nicht nur an der TU Darmstadt sondern international.