Der Verbesserung der Wärmetransporteigenschaften kommt bei der Entwicklung zahlreicher Produkte und Prozesse eine Schlüsselrolle zu, beispielsweise in den Bereichen Materialbearbeitung, Mikroreaktionstechnik, Kühlung von Hochleistungselektronik etc. Die Entwicklungen werden getrieben von den nachhaltigen Trends zur Miniaturisierung, zur Steigerung der Leistungsdichte und zu extremen Betriebsumgebungen.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, gehen die Forschungsansätze im Profilbereich TFI über konventionelle Methoden und Technologien zur inkrementellen Verbesserung des Wärmetransports hinaus. Das globale Ziel ist, durch geschickte und zielgerichtete Kombinationen von Oberflächenstrukturen, Benetzungseigenschaften, externen Kräften und Relativbewegungen zwischen Wand und Fluid sprunghafte Verbesserungen zu erzielen. Solche Smart Interfaces sollen im Hinblick auf spezielle Anwendungen maßgeschneidert werden.
Die PIs und Wissenschaftler*innen des Profilbereichs bearbeiten gemeinsam, in einer projektorientierten Arbeitsweise folgende Forschungsthemen:
- molekulardynamische Modellierung von Transport an Grenzflächen und bei Verdampfung an Kontaktlinien
- mathematische und numerische Methoden für mehrphasigen Wärmetransport
- Temperaturmessungen an Grenzflächen
- Vorhersage und Erhöhung der kritischen Wärmestromdichte
- Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit strukturierten Schneidwerkzeugen
- Mikroverbrennung mit Kraftstoffvorverdampfung
- Spraykühlung und Sprayniederschlag
- Filmverdampfung und Kondensation
- Hochleistungswärmerohre
- wandnaher konvektiver Wärmetransport
Zu diesen Forschungsthemen werden jeweils kurz- und mittelfristige Ziele, Meilensteine und zum Teil Demonstratoren definiert. Ein allgemeines, langfristiges Ziel ist es, die Wärmetransporteigenschaften durch aktive und reversible Beeinflussung der Oberflächen schalten zu können.
Beispiele:
- Der Sonderforschungsbereich 1194 erforscht, wie sich Wärme-, Stofftransport und Benetzungsvorgänge gegenseitig beeinflussen.
- Wissenschaftler*innen am Institut für Technische Thermodynamik (Gruppe „Sieden und Verdampfen“) untersuchen schwerpunktmäßig den zweiphasigen Wärmeübergang von Flüssigkeiten zu Gasen bzw. Dämpfen