Projekt: Transportkoeffizienten und thermophysikalische Eigenschaften von Fluidsystemen mit „weicher“ Wechselwirkung
Institut(e)/Einrichtung(en):
Fachhochschule Köln, Fakultät 09
Institut Anlagen- und Verfahrenstechnik
Betzdorferstr. 2, 50679 Köln
Forschungsschwerpunkt: Molekulare Simulation
http://www.f09.fh-koeln.de/ 
Projektpartner/Förderung:
Prof. Dr. H.-O. May, Hochschule Darmstadt
Personen:
Prof. Dr. Peter Mausbach peter.mausbach@fh-koeln.de 
http://www.av.fh-koeln.de/professoren/mausbach/mausbach_welcome.htm
Projektbezeichnung:
Transportkoeffizienten und thermophysikalische Eigenschaften von Fluidsystemen mit „weicher“ Wechselwirkung
Forschungsgebiet/Kontext:
Molekulare Simulation von weicher kondensierter Materie
Projektbeschreibung:
Viele ungewöhnliche Eigenschaften realer Flüssigkeiten wie z.B. von Wasser konnten erst mit Hilfe von Molekularen Simulationen gefunden und aufgedeckt werden. Will man nun das Verhalten von Flüssigkeiten in einer bestimmten Richtung beeinflussen, so geht dies nur, wenn man weiß, wie sich bestimmte Bedingungen der Wechselwirkungspotenziale auf die makroskopischen Eigenschaften der Flüssigkeit auswirken. Es besteht deshalb das Bedürfnis, Modellflüssigkeiten zu untersuchen und deren makroskopische Eigenschaften zu betrachten. Eine Gruppe solcher Modellflüssigkeiten, deren Bedeutung im Bereich der Polymerchemie bereits erkannt wurde, sind Fluidsysteme mit „weicher“ Wechselwirkung. Dadurch dass diese (core softened) Potenziale häufig beschränkt sind, wird ein Zusammenschieben von Teilchen ermöglicht. Dies führt zu einigen Eigenschaften, die sich von „normalen“ Flüssigkeiten unterscheiden. Wir haben für verschiedene Potenzialsysteme molekulardynamische Simulationen auf dem Rubens-Cluster durchgeführt. Mittels Computeralgebra entwickelten wir hieraus Zustandsbeschreibungen, die für einen weiten Bereich des Phasenraums gültig sind. Thermodynamische Größen und Eigenschaften können dann direkt aus der Zustandsgleichung ermittelt werden. Für die Deutung bestimmter Anomalien der Transportkoeffizienten können ebenfalls die besonderen Bedingungen der Potenziale angeführt werden; hierzu gehört z.B. die Nichtgültigkeit der Stokes-Einstein-Beziehung für den Zusammenhang von Diffusion und Viskosität.
Von uns wurden folgende Potenzialsysteme untersucht:
- Stell-Hemmer Potenzial
- Mexican Hat Potenzial
- Gaussian Core Model
Folgende molekularen Simulationsmethoden werden von uns angewendet:
- Standard Monte Carlo Methoden zur Generierung von P,V,T – Daten
- Gibbs-Ensemble Monte Carlo Methode zur Bestimmung der Gas-Flüssig-Koexistenzlinie, sowie des kritischen Punktes
- Gleichgewichts-Molekulardynamik für Strukturuntersuchungen und zur Bestimmung von Transportkoeffizienten mittels des Green-Kubo-Formalismus
Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik (SLLOD-Algorithmus) zur Ermittlung von Scherviskositäten.
Drucktensor-Autokorrelationsfunktion für das Gaussian Core Model – Fluid bei verschiedenen dimensionslosen Dichten und Temperaturen. Hieraus lässt sich nach der Green-Kubo-Beziehung die Scherviskosität durch Integration ermitteln.