Description
Die medizinische und industrielle Forschung setzt derzeit große Hoffnungen auf die Entwicklung von Apparaturen, die mit kleinsten Mengen von Flüssigkeiten arbeiten können. Die Abmessungen der hier vorkommenden Strukturen und Flüssigkeitskanäle liegen im Mikro- oder Nanometerbereich. Durch das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Flüssigkeiten spielen Oberflächeneffekte, Kapillar- und Adsorptionsphänomene eine dominierende Rolle. Es ist derzeit noch nicht vollständig verstanden, welchen genauen Einfluss die Beschaffenheit der Kanaloberflächen auf das Verhalten der Flüssigkeiten hat.
Die meisten Computersimulationen verwenden Molekulardynamik (MD) zum Studium der Beziehungen zwischen Fluid und Wand. Diese Methode ist prinzipiell sehr gut geeignet, da sie die wesentliche Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Wand auf mikroskopischer Ebene auflösen kann. Allerdings erlaubt die Molekulardynamik es nicht experimentell relevante Zeit- und Längenskalen zu erreichen.
Eine Alternative zur Molekulardynamik stellen mesoskopische Methoden dar, die zwar keine Wechselwirkungen auf atomarer Ebene auflösen können, dafür aber wesentlich größere Zeit- und Längenskalen erreichen. Zu diesen Ansätzen gehören unter anderem die Gitter-Boltzmann-Methode (LB), dissipative Teilchendynamik (DPD) oder die stochastische Rotationsdynamik (SRD).
In diesem Teilprojekt werden verschiedenartige Algorithmen zu Kopplung von mikroskopischen und mesoskopischen Methoden entwickelt. Zum einen werden Parameter der mesoskopischen Simulation mit Ergebnissen aus der Molekulardynamik "geeicht" (vertikale Kopplung). Zum anderen werden direkte Kopplungsalgorithmen entwickelt, die einen konsistenten Impuls- und Massenaustausch zwischen Molekulardynamiksimulationen auf der einen Seite und mesoskopischen Simulation auf der anderen Seite erlauben.