Eine schnelle und stabile Methode zur Berechnung von Grenzflächen in Mehrphasen-Gemischen

Beschreibung:

Grenzflächenspannungen und Dichteprofile sind entscheidend für das Design vieler verfahrenstechnischer Prozesse – vom Erdöl- und Gastransport bis hin zu Trennoperationen. Klassische Rechenverfahren auf Basis der Dichtegradiententheorie (DGT) scheitern jedoch häufig daran, dass die Lösung der zugrunde liegenden Differentialgleichungssysteme schlecht oder gar nicht konvergiert, sobald mehrere Komponenten oder Phasen ins Spiel kommen.

In diesem Vortrag stelle ich eine neuentwickelte Lösungsstrategie vor. Durch Erweiterung der stationären DGT-Gleichungen um eine künstliche Zeitachse und deren Lösung mit einem energiedissipativen Zeitschrittverfahren wird das chemische Gleichgewicht sukzessive erreicht, während eine spezielle Regularisierung temporär auch unphysikalische (negative) Dichten zulässt. Das Verfahren garantiert unbedingte Konvergenz und im stationären Endzustand ist die Regularisierung inaktiv, sodass das tatsächliche chemische Gleichgewicht erreicht wird.

Die Methode ist kompatibel mit gängigen Zustandsgleichungen wie Peng–Robinson, bewältigt Systeme mit beliebig vielen Komponenten und Phasen und liefert schnell präzise Ergebnisse – selbst für stark nichtmischbare Mehrkomponentengemische.

Referierende:

PD Dr. Florian Frank, FAU Erlangen-Nürnberg