Im Maschinenbau und in der Verfahrenstechnik gibt es eine Vielzahl von partikelbeladenen Strömungen, die in Wechselwirkung mit Oberflächen stehen. Das Resultat ist beispielsweise der hydroabrasive Verschleiß in fluiddurchströmten Maschinen (Pumpen, Turbinen, Motoren…) und Apparateteilen (Ventilen, Krümmer, Rohrbögen…), der Aufbau des Filterkuchens bei Filtrationsprozessen, die neue Oberfläche bei Beschichtungsvorgängen, um nur wenige Anwendungsfälle zu nennen.

Ziel der geplanten Arbeiten ist es, den Einfluss partikelbeladener Fluide auf Veränderung einer Bauteiloberfläche (Rohr, Ventil, Pumpe etc.) festzustellen und vorhersagen zu können. Es sollen experimentelle Methoden zur Charakterisierung und Simulationsmethoden zur Voraussage des hydroabrasiven Verschleißes an realen Bauteilgeometrien entwickelt und validiert werden. Aufbauend auf den umfangreichen Vorarbeiten zur Strömungssimulation in komplexen Geometrien werden initial an einfachen Bauteilgeometrien die Strömung, Partikelbewegung und Werkstoffabtrag (einschließlich der resultierenden Geometrieminderung) modelliert und dann auf reale Bauteilgeometrien (Krümmer, Rohre, Pumpenlaufrad, etc.) übertragen wird.

Durch die Integration von Partikelpopulationsbilanzierung (PPB) in die CFD Strömungsrechnung ist man in der Lage, skalare Partikeleigenschaften (Größe, Rundheit etc.) lokal aufzulösen und somit bestehende Abrasionsmodelle zu verbessern. Die experimentelle Validierung der Partikelbewegung erfolgt am Versuchsstand mit Normsand-Wassermischungen, wobei hier die benötigte Strömungs- und Partikelmesstechnik (Phasen-Doppler-Anemometrie, Particle Image Velocimetry, Hochgeschwindigkeitskamera etc.) am Lehrstuhl vorhanden ist.