Modellierung thermodynamischer Eigenschaften von Fluiden in Schmierstoffspalten mittels molekular-basierter Zustandsgleichungen

Zustandsgleichungen sind ein häufig genutztes Werkzeug zur Vorhersage von thermodynamischen Eigenschaften von Fluiden. Sie bieten einen guten Kompromiss zwischen Extrapolation, Genauigkeit und Geschwindigkeit der Vorhersage. In Schmierstoffspalten herrschen oft extreme Temperaturen und Drücke, für welche wenig oder keine Messdaten von thermodynamischen Eigenschaften vorliegen. Aus diesem Grund soll in diesem Projekt die Anwendung von Zustandsgleichungen zur Vorhersage von thermodynamischen Eigenschaften von Fluiden unter extremen Bedingungen untersucht werden. In einem ersten Schritt werden hierzu verschiedene molekular-basierte Zustandsgleichungen aus der Literatur in einem Softwarepaket implementiert und um eine API (Application Programming Interface) erweitert. Dies ermöglicht die Anwendung der Zustandsgleichungen in beliebigen Simulationsprogrammen. Zusätzlich sollen die Zustandsgleichungen aus der Literatur bezüglich ihrer Anwendbarkeit zur Beschreibung von thermodynamischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und Drücken untersucht werden.

Das Projekt ist in das internationale Graduiertenkolleg IRTG 2057 "Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes" eingebunden. Hier werden verschiedene Fertigungsprozesse und -abläufe auf unterschiedlichen Skalen untersucht und deren Zusammenhänge betrachtet.

Vorlesungsbetreuung

• Grenzflächenthermodynamik (SS 2023)
• Prozessthermodynamik (WS 2022/2023)
• Molekulare Thermodynamik II (SS 2022)
• Computerlabor Molekulare Simulation (SS 2021)

Sprechzeiten

Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen

• J. Staubach and S. Stephan: Prediction of Thermodynamic Properties of Fluids at Extreme Conditions: Assessment of the Consistency of Molecular-Based Models,  Proceedings of the 3rd Conference on Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes, Pacific Grove, USA, pp. 170–188, ISBN 978-3-031-35779-4 (2023). DOI: 10.1007/978-3-031-35779-4_10
• I. Antolović, J. Staubach, S. Stephan, J. Vrabec: Phase equilibria of symmetric Lennard-Jones mixtures and a look at the transport properties near the upper critical solution temperature, Physical Chemistry Chemical Physics 25 (2023) 17627–17638. DOI: 10.1039/D3CP01434G
• J. Staubach and S. Stephan: Interfacial properties of binary azeotropic mixtures of simple fluids: Molecular dynamics simulation and density gradient theory, Journal of Chemical Physics 157 (2022) 124702. DOI: 10.1063/5.0100728
• J. Wolf, F. Diewald, M. Heier, J. Staubach, K. Langenbach, H. Hasse, R. Müller: Adsorption in a phase field model for wetting, Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics 21 (2021) e202100145. DOI: 10.1002/pamm.202100145
• S. Stephan, J. Staubach, H. Hasse: Review and comparison of equations of state for the Lennard-Jones fluid, Fluid Phase Equilibria, 523 (2020) 112772. DOI: 10.1016/j.fluid.2020.112772
• R. Schalk, D. Georg, J. Staubach, M. Raedle, F.-J. Methner, T. Beuermann: Evaluation of a newly developed mid-infrared sensor for real-time monitoring of yeast fermentations, Journal of Bioscience and Bioengineering 123 (2017) 651-657. DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.12.005

Vorträge

• J. Staubach, H. Hasse, S. Stephan: Modelling of Dipolar Contributions to the Helmholtz Energy, International Workshop on Molecular Modelling and Simulation, Frankfurt, 02.-03.03.2023.
• J. Staubach, H. Hasse, S. Stephan: Modelling of Dipolar Contributions to the Helmholtz Energy, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022.
• D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse:Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022.
• J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Interfacial Properties of Phase Equilibria of Different Types and their Connection to the Phase Diagram, 21st Symposium on Thermophysical Properties, Web-Conference, 20.-25.06.2021.

Poster

• J. Staubach, S. Stephan: The Relation of Fluid Interfacial Properties and the Phase Diagram, International Workshop on Molecular Modelling and Simulation, Frankfurt, 02.-03.03.2023.
• J. Staubach, H. Hasse, S. Stephan: Modelling Dipolar Contributions with Equations of State, Thermodynamik-Kolloquium, Chemnitz, 26.-28.09.2022.
• J. Staubach and S. Stephan: Interfacial Properties for Phase Equilibria of Different Types and their Connection by the Phase Diagram, Thermodynamik-Kolloquium, Chemnitz, 26.-28.09.2022.
• D. Schaefer, J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Mass Transfer Through Vapor-Liquid Interfaces of Binary Mixtures Studied by Non-Stationary Molecular Dynamics Simulations, (Bio)Process Engineering - a Key to Sustainable Development, Aachen, 12.-15.09.2022.
• J. Staubach and S. Stephan: Interfacial Properties for Phase Equilibria of Different Types and their Connection by the Phase Diagram, The 27th Thermodynamics Conference, Bath, UK, 07.-09.09.2022.
• J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Interfacial Properties of Polar Model Fluids: A Study by MD and DGT, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021.
• J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Investigation of the Enrichment at Vapor-Liquid Interfaces, Thermodynamik-Kolloquium, Web-Conference, 27.-29.09.2021.
• J. Staubach, S. Stephan, H. Hasse: Interfacial Properties of Polar Model Fluids: A Study by MD and DGT, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Web-Conference, 01.-02.03.2021.
• J. Staubach, M. Heier, S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Wetting and Adsorption of Binary Mixtures on a Planar Wall (Poster), International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, Web-Conference, 01.-02.03.2021.