Numerische Simulation der konzentrationsinduzierten Marangoni‐Konvektion an Einzeltropfen mit verformbarer Phasengrenze

Beim Stofftransport an einem aufsteigenden Tropfen können Konzentrationsgradienten zu einer Variation der Grenzflächenspannung entlang der Phasengrenze führen und Marangoni‐Konvektion hervorrufen. Dadurch wird nicht nur der Stofftransport intensiviert, sondern auch das Aufstiegsverhalten des Tropfens beeinflusst. Um diese Phänomene mittels Strömungssimulationen zu untersuchen, wurde ein CFD‐Code entwickelt und in das CFD‐Paket OpenFOAM® implementiert, der der Kopplung von Impuls‐ und Stofftransport sowie der Verformung des Tropfens Rechnung trägt. Hier werden die Ergebnisse von 3D‐Simulationen vorgestellt und validiert. Concentration gradients due to mass transfer at rising droplets can lead to a variation of the interfacial tension and induce Marangoni convection. As a result, mass transfer is intensified and the rise behaviour of the droplet is affected. To investigate these phenomena numerically, a CFD‐code was developed and implemented in the CFD‐toolbox OpenFOAM®. The code takes the coupling of momentum and mass transfer as well as interface deformation into account. Here, results of full 3D simulations are presented and validated. Stofftransport an aufsteigenden Tropfen kann zu Grenzflächenspannungsgradienten entlang der Phasengrenze führen und Marangoni‐Konvektion hervorrufen. Dadurch werden Stofftransport und Fluiddynamik des Tropfens wesentlich beeinflusst. In diesem Artikel werden die Ergebnisse dreidimensionaler CFD‐Simulationen vorgestellt und validiert.