Dr. Anastasia August
- Gruppenleiterin
- Raum: 110.2
CS 30.48 - Tel.: +49 721 608-45313
- anastasia august2 ∂ kit edu
IAM-MMS, Gruppenleitung:
Multiphysics Materials Modelling: Microstructure - Heat and Mass Transfer
Institut für Angewandte Materialien
Mikrostruktur-Modellierung und Simulation (IAM-MMS)
MZE - Geb. 30.48
Straße am Forum 7
76131 Karlsruhe
Forschung
Modellierung des Wärmetransports in porösen Strukturen unter Anderem unter dem Einfluss von Strömungen
Die Forschungsaktivitäten der Gruppe "Multiphysics Materials Modelling: Microstructure-Heat-and-Mass Transfer" von Dr. rer. nat. Anastasia August umfasst die Modellierung des Wärmetransports in porösen Strukturen unter Anderem unter dem Einfluss von Strömungen. Ziel ist es, die Effizienz von Wärmetauschern, -kollektoren und -speichern abhängig von der Gefügestruktur und den Materialeigenschaften zu verbessern. Bei der Modellierung der Prozessabläufe werden Phasenumwandlungsprozesse des fluiden Mediums berücksichtigt. Die Forschungsgruppe entwickelt optimale Strukturen der beteiligten porösen Stoffe, beispielsweise eines Metallschaums.
Foto: Dr. Marco Berghoff
Wichtigste Forschungsprojekte
Metallschäume
Metallschäume sind Materialien mit ausgezeichneten Eigenschaften. Sie sehen aus wie Bierschäume, nur ohne Bier und im Wesentlichen ohne die Zwischenwände zwischen den einzelnen Bläschen. Nur wo sich drei oder mehr Bläschen zusammentreffen, ist noch Material. Diese so genannten Stege bilden ein unregelmäßiges festes Netz, das viele Eigenschaften des Grundmaterials – Metall – nach wie vor weitgehend besitzt: Wärmeleitfähigkeit, Stabilität, elektrische Leitfähigkeit. Darüber hinaus bieten sie noch viel mehr: Die Leichtigkeit, der geringere Grundmaterialbedarf und – ganz besonders – die große Oberfläche im Vergleich zum Volumen. Über diese Oberfläche kann zum Beispiel die Wärme mit der Luft, die sich um die Stege herum befindet, ausgetauscht werden. Diese Eingenschaft, verbunden mit der guten thermischen Leitfähigkeit von Metall, macht Metallschäume zu beliebten Gegenständen unserer Forschung im Rahmen des KIT-Programms Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen.
Link: http://www.emr.kit.edu/
Solarthermie
Die Sonnenenergie kann von schwarzen Gegenständen besonders gut absorbiert werden. So ist die Haut eines Polarbären schwarz, damit er aus dem Sonnenlicht am Nordpol so viel Energie wie möglich raus holen kann. Die weißen Fellhaare, die das Sonnenlicht durch lassen, dienen der Isolation der eigenen Körperwärme. Nach diesem Prinzip werden im Projekt Solarthermie – zusammen mit dem Projektpartner Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf (→ https://www.uni-stuttgart.de/forschung/orp/inst_profile/we/itv.html) Wärmekollektoren aus textilem Abstandsgewirk entwickelt. Neben der Energiegewinnung spielt natürlich auch ihre Speicherung eine große Rolle. Im zweiten Projektschritt werden neue Speicheranlagen geprüft: Etwa kleine, mit Paraffin gefüllte Fingerhut-große Eimerchen, die unmittelbar unter den textilen Kollektor platziert werden sollen. Paraffin speichert latente Wärme beim Aufschmelzen und setzt sie beim Erstarren wieder frei. Wir am CMS prüfenverschiedene Systeme mit Hilfe von Computersimulationen und machen Verbesserungsvorschläge für ihre Geometrie.
Poröse Wasserrohre
Der möglichst effiziente Umgang mit Energieressourcen ist eine wichtige Herausforderung der Zukunft. Daraus ergibt sich die Suche nach effizienten, günstigen und praktischen Stoffen zur Wärmeleitung und -Speicherung in den Materialwissenschaften. Metallische Schäume stellen einen vielversprechenden Lösungsansatz für Probleme der Energieübertragung und -Speicherung dar, da sie sowohl die Eigenschaft der Durchlässigkeit für Fluide als auch die der großen Oberfläche besitzen. Das ermöglicht das effizientere Erwärmen von Flüssigkeiten und anderen möglichen Füllungen. Ziel ist hierbei eine möglichst große Wärmeübertragung bei einem gleichzeitig möglichst geringem Druckverlust. Die Herstellung dieser Schäume geschieht zunächst in Computersimulationen, in denen der Werkstoff auf verschiedene Bedingungen, wie Temperatur- oder Druckveränderungen und den Einfluss verschiedener Porengrößen getestet wird. Anschließend wird mithilfe eines 3D Druckers ein Modell für den Feinguss des optimalen Schaums hergestellt.
Anwendung finden Metallschäume beispielsweise in der Konzeption von Wasserrohren, die ihre Energie effizienter an das Wasser abgeben.
InSel: Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau
Das Forschungsprojekt InSel (Innovative Schaumstoffstrukturen für den effizienten Leichtbau) ist eine Forschungsinitiative zur Leichtbauforschung in Baden-Württemberg, bestehend aus dem Zusammenschluss verschiedener Universitäten, außeruniversitären Einrichtungen und Unternehmen, an denen das IAM des KIT beteiligt ist. Es beinhaltet die gemeinsame Forschung, aber auch die Wissenskommunikation der Forschungsergebnisse an Unternehmen, sowie die Vernetzung der InSel Mitglieder zu weiteren Forschungsprojekten. Dabei stehen drei Aspekte für die InSel Mitglieder im Vordergrund:
Innovationsaspekt:
Durch die immer weiter fortschreitende Technologie sind poröse Strukturen sehr gefragte Werkstoffe, deren Entwicklung jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden ist, wie beispielsweise die Entwicklung von Kompositen.
wirtschaftlicher Aspekt:
Das InSel Projekt soll die wirtschaftliche Erschließung bisher nicht ausreichend nutzbar gemachter poröser Materialien ermöglichen. Damit wird die Wettbewerbsfähigkeit vor allem mittelständischer Unternehmen gesteigert.
Kommunikationsaspekt:
Dieser beinhaltet die Wissenskommunikation an Unternehmen. Durch den interdisziplinären Ansatz soll zudem die Kommunikation der Forschenden untereinander gestärkt werden.
Unser Teilprojekt:
Wir am CMS beteiligten uns an diesem Projekt mit Computersimulationen im Bereich Polymerschäume, welche als Vorform beim Gießen von besonders feinporigen und monodispersen Metallschäumen dienen.
Link: https://www.hs-pforzheim.de/insel
Das Projekt wird gefördert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und durch das Land Baden-Württemberg im Rahmen des Zentrums für Angewandte Forschung ZAFH ,,InSeL - Innovative Schaumstrukturen für den effizienten Leichtbau''. Wir danken EFRE und Baden-Württemberg für die Unterstützung des Vorhabens.
Titel | Tagung | Autoren |
---|---|---|
Famelab | Metallschaum Teil 1: Youtube Metallschaum Teil 2: Youtube Wärmeleitfähigkeit: Youtube Nebelfänger Teil 1: Youtube Nebelfänger Teil 2: Youtube Eisbär Teil 1: Youtube Eisbär Teil 2: Youtube Talking Science: Karlsruhe-Blog Famelab: clickit-magazin |
Dr. Anastasia August |
Podcast | Podcast: Math KIT |
Dr. Anastasia August |
Science Slam | Metallschaum und Paraffin: Youtube Stetigkeit: Youtube Eisbär: Feeds Video Uni-Erlangen |
Dr. Anastasia August |
Publikationsliste
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2024Digital twins - Synthetic and real porous materials
Jamshidi, F.; Kunz, W.; Holland-Cunz, J.; August, A.; Nestler, B.
2024, Juli 16. 2nd IAM Networking Seminar (2024), Karlsruhe, Deutschland, 16. Juli 2024 -
2013Development and numerical investigation of metal foam based modular latent heat storage cell
Kneer, A.; August, A.; Nestler, B.; Martens, E.
2013. 2nd International Conference on Materials for Energy (EnMat 2013), Karlsruhe, 12.-16. Mai 2013Thermal conductivity of air filled open cell aluminum foams
August, A.; Nestler, B.; Rölle, M.; Schmid, S.; Ettrich, J.
2013. 2nd International Conference on Materials for Energy (EnMat 2013), Karlsruhe, 12.-16. Mai 2013 -
2012Thermal conductivity of air filled open cell aluminum foams
August, A.; Nestler, B.; Rölle, M.; Schmid, S.; Ettrich, J.
2012. Biannual Internat.Conf.on Materials Science Engineering (MSE 2012), Darmstadt, September 25-27, 2012Computational analysis of bio inspired thermal absorber systems made of textile fabrics
Schoof, E.; Römmelt, M.; Selzer, M.; August, A.; Nestler, B.; Kneer, A.; Stegmaier, T.
2012. International School and Conference on Biological Materials Science, Potsdam, March 20-23, 2012 -
2011Phase-field study of the fragmentation secondary arm in Al-Cu alloys
Wesner, E.; Choudhury, A.; August, A.; Berghoff, M.; Nestler, B.
2011. Euromat 2011 : European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, Montpellier, F, September 12-15, 2011 -
2010Eigenspannungsentwicklung in metallischen Schäumen
August, A.
2010. Nachwuchsakademie ’Analyse und Bewertung von Eigenspannungen auf unterschiedlichen Längenskalen’, Kassel, 15.Oktober 2010Efficiency study of metal foams for heat storage and heat exchange
August, A.; Nestler, B.; Wendler, F.; Selzer, M.; Kneer, A.; Martens, E.
2010. 5th Internat.Conf.on Multiscale Materials Modeling (MMM 2010), Freiburg, October 4-8, 2010
-
2015Simulation der Eigenspannungsentwicklung in metallischen Schäumen
August, A.
2015. Nachwuchsakademie ’Analyse und Bewertung von Eigenspannungen auf unterschiedlichen Längenskalen’, Kassel, 24.-28.Mai 2010 -
2014Digital representation of complex cellular structures for numerical simulations
Ettrich, J.; August, A.; Roelle, M.; Nestler, B.
2014. Cellular Materials (CellMAT 2014), Dresden, October 22-24, 2014Open cell metal foams: Measurement and numerical modelling of fluid flow and heat transfer
Ettrich, J.; August, A.; Nestler, B.
2014. Cellular Materials (CellMAT 2014), Dresden, October 22-24, 2014A numerical approach to derive analytical correlations for pressure drop and heat transfer for open cell porosities
August, A.; Kneer, A.; Janßen-Tapken, K.; Nestler, B.
2014. Cellular Materials (CellMAT 2014), Dresden, October 22-24, 2014 -
2013Advanced coupled simulation methods for heat transfer and stiffnessphenomena induced by fluid flow in metal foams
Kneer, A.; Janssen-Tapken, K.; Reimann, K.; August, A.; Nestler, B.
2013. 5th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Sciennce and Engineering, Santa Eulalia, Ibiza, E, June 17-19, 2013 -
2012Metallische Schäume: Aktuelle Projekte am KIT-ZBS
August, A.
2012. Nachwuchsakademie ’Analyse und Bewertung von Eigenspannungen auf unterschiedlichen Längenskalen’, Kassel, 23.-24.April 2012 -
2011Metallic foam structures, dendrites and implementation optimizations for phase-field modeling
Vondrous, A.; Nestler, B.; August, A.; Wesner, E.; Choudhury, A.; Hötzer, J.
2011. High Performance Computing in Science and Engineering, Stuttgart, October 4-5, 2011Simulation of heat propagation in open cell metal foams
August, A.
2011. Euromat 2011 : European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, Montpellier, F, September 12-15, 2011Phase field simulations of heat propagation in open cell metal foam
August, A.
2011. Materials Research Society Spring Meeting, San Francisco, Calif., April 25-29, 2011Analysis of thermal evolution in textile fabrics using advanced microstructure simulation techniques
Römmelt, M.; August, A.; Nestler, B.; Kneer, A.
2011. 5th Internat.Conf.on Textile Composites and Inflatable Structures (Structural Membranes 2011), Barcelona, E, October 5-7, 2011 -
2010Efficiency study of metal foams for heat storage and heat exchange
August, A.
2010. International Conference on Cellular Materials (CellMat 2010), Dresden, October 27-29, 2010
-
2015Phase-field simulations of large-scale microstructures by integrated parallel algorithms
Hötzer, J.; Jainta, M.; Vondrous, A.; Ettrich, J.; August, A.; Stubenvoll, D.; Reichardt, M.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. High Performance Computing in Science and Engineering ’14 : Transactions of the High Performance Computing Center, Stuttgart (HLRS), 2014. Hrsg.: W. E. Nagel, 629–644, Springer. doi:10.1007/978-3-319-10810-0_41 -
2014Digital representation of complex cellular structures for numerical simulations
Ettrich, J.; August, A.; Roelle, M.; Nestler, B.
2014. Cellular Materials (CellMAT 2014), Dresden, 22.-24. Oktober 2014, CD-ROMOpen cell metal foams: Measurement and numerical modelling of fluid flow and heat transfer
Ettrich, J.; August, A.; Nestler, B.
2014. Cellular Materials (CellMAT 2014), Dresden, 22.-24. Oktober 2014, CD-ROM -
2012Metallic foam structures, dendrites and implementation optimizations for phase-field modeling
Vondrous, A.; Nestler, B.; August, A.; Wesner, E.; Choudhury, A.; Hötzer, J.
2012. High performance computing in science and engineering ’ 11 : transactions of the High Performance Computing Center, Stuttgart (HLRS) 2011. Ed.: W.E. Nagel, 595–606, Springer-Verlag. doi:10.1007/978-3-642-23869-7_43 -
2011Analysis of thermal evolution in textile fabrics using advanced microstructure simulation techniques
Römmelt, M.; August, A.; Nestler, B.; Kneer, A.
2011. 5th Internat.Conf.on Textile Composites and Inflatable Structures (Structural Membranes 2011), Barcelona, E, October 5-7, 2011. Ed.: E. Onate, 614–626 -
2010Efficiency Study of Metal Foams for Heat Storage and Heat Exchange
August, A.; Nestler, B.; Wendler, F.; Selzer, M.; Kneer, A.; Martens, E.
2010. CELLMAT 2010 : Proceedings of the International Conference on Cellular Materials, Dresden, Germany, October 27 - 29, 2010. Ed.: G. Stephan, 148–151, Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced MaterialsEfficiency study of metal foams for heat storage and heat exchange
August, A.; Nestler, B.; Wendler, F.; Selzer, M.; Kneer, A.; Martens, E.
2010. Gumbsch, P. [Hrsg.] Proc.of the 5th Internat.Conf.on Multiscale Materials Modeling (MMM 2010), Freiburg, October 4-8, 2010 Stuttgart : Fraunhofer Verl., 2010, 355–358
-
2024Dual-porosity approach: heat transfer and heat storage processes in porous media
Kneer, A.; August, A.; Alesi, E.; Reiter, A.; Wirtz, M.; Koeppe, A. H.; Barbe, S.; Nestler, B.
2024. Mathematical and computer modelling of dynamical systems, 30 (1), 202–227. doi:10.1080/13873954.2024.2328663 -
2023Simulative Determination of Effective Mechanical Properties for Digitally Generated Foam Geometries
Reder, M.; Holland-Cunz, J.; Lorson, P.; August, A.; Nestler, B.
2023. Advanced Engineering Materials. doi:10.1002/adem.202300340A 3D computational method for determination of pores per inch (PPI) of porous structures
Jamshidi, F.; Kunz, W.; Altschuh, P.; Lu, T.; Laqua, M.; August, A.; Löffler, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2023. Materials Today Communications, 34, Art.-Nr.: 105413. doi:10.1016/j.mtcomm.2023.105413Vom Labor in die digitale Welt
Holland-Cunz, J.; Laqua, M.; Wagner, F. N. P. H.; August, A.; Nestler, B.
2023. Forschung aktuell / Hochschule Karlsruhe -
2022Materialwissenschaft um Luftlöcher
Holland-Cunz, J.; August, A.; Reder, M.; Nestler, B.
2022. Forschung aktuell, 2022 (Juni), 16–19 -
2021Kleine Bausteine mit großer Wirkung
Kneer, A.; August, A.; Wirtz, M.; Herrmann, C.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Forschung aktuell, 44–51 -
2020Development of synthetic open porous structures for improved heat transfer
August, A.; Jamshidi, F.; Kneer, A.; Wolf, R. H.; Wirtz, M.; Nestler, B.
2020. International journal of heat and mass transfer, 159, Article No.: 120071. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120071On counting cells in open pore foams
August, A.; Nestler, B.
2020. Engineering Research Express, 2 (2), Art. Nr.: 025029. doi:10.1088/2631-8695/ab8c94About the surface area to volume relations of open cell foams
August, A.; Nestler, B.
2020. Engineering Research Express, 2 (1), Article No.015021. doi:10.1088/2631-8695/ab6ac6 -
2019Modern Times need Enlightened Innovation and Sophisticated Materials
Kneer, A.; Wirtz, M.; Yurtsever-Kneer, S.; Barbe, S.; August, A.
2019. Galvanotechnik, 2019 (4), 712–719A bionic approach for heat generation and latent heat storage inspired by the polar bear
August, A.; Kneer, A.; Reiter, A.; Wirtz, M.; Sarsour, J.; Stegmaier, T.; Barbe, S.; Gresser, G. T.; Nestler, B.
2019. Energy, 168, 1017–1030. doi:10.1016/j.energy.2018.11.143 -
2018Effective Thermal Conductivity of Composite Materials Based on Open Cell Foams
August, A.; Reiter, A.; Kneer, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Heat and Mass Transfer Research Journal, 2 (1), 33–45Computergestütztes Design gradierter Metallschäume
August, A.; Kneer, A.; Nestler, B.
2018. Forschung aktuell, 2018 (März), 56–58Perspectives on material modelling: Porous and particle-based microstructures
Nestler, B.; August, A.; Selzer, M.; Hötzer, J.; Kellner, M.; Prajapati, N.; Rehn, V.; Seiz, M.
2018. Ceramic applications, 6 (1), 73–77 -
2017Magische Schäume
August, A.; Matz, A. M.; Mocker, B. S.; Heimann, J.; Nestler, B.; Jost, N.; Krug, P.
2017. Horizonte, 49, 3–5 -
2016Heat propagation in computer designed and real metal foam structures
August, A.; Matz, A. M.; Nestler, B.; Jost, N.
2016. Multidiscipline modeling in materials and structures, 12 (4). doi:10.1108/MMMS-03-2016-0012 -
2015Modellierung und Simulation der Starrkörperbewegung in Rückschlagventilen
Jainta, M.; Reiter, A.; August, A.; Moik, F.; Nestler, B.
2015. Forschung aktuell, 2015, 13–15Sonnenbäder am Nordpol: Das Eisbär-Prinzip für Gebäude
August, A.; Nestler, B.; Kneer, A.
2015. Horizonte : Forschung an Fachhochschulen in Baden-Württemberg, (45), 68Prediction of heat conduction in open-cell foams via the diffuse interface representation of the phase-field method
August, A.; Ettrich, J.; Rölle, M.; Schmid, S.; Berghoff, M.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. International Journal of Heat and Mass Transfer, 84, 800–808. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.052 -
2014Metallische Schneeflocken
Wesner, E.; August, A.; Nestler, B.
2014. Horizonte : Forschung an Fachhochschulen in Baden-Württemberg, (43), 29–31Modelling of transient heat conduction with diffuse interface methods
Ettrich, J.; Choudhury, A.; Tschukin, O.; Schoof, E.; August, A.; Nestler, B.
2014. Modelling and simulation in materials science and engineering, 22 (8), Art.Nr. 085006/1–29. doi:10.1088/0965-0393/22/8/085006 -
2012Eisbärbauten - Simulation der physikalischen Eigenschaften von textilen Wärmedämmstoffen
Römmelt, M.; August, A.; Kneer, A.; Stegmaier, T.; Nestler, B.
2012. Forschung aktuell, 2012, 21–24A phase-field study of large-scale dendrite fragmentation in Al-Cu
Wesner, E.; Choudhury, A.; August, A.; Berghoff, M.; Nestler, B.
2012. Journal of crystal growth, 359 (1), 107–121. doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.08.036Comparison of phase-field and cellular automaton models for dendritic solidification in Al-Cu alloy
Choudhury, A.; Reuther, K.; Wesner, E.; August, A.; Nestler, B.; Rettenmayr, M.
2012. Computational materials science, 55, 263–268. doi:10.1016/j.commatsci.2011.12.019 -
2011Generierung offenporiger metallischer Schaumstrukturen zur Simulation der Wärmeübertragungseigenschaften
Rölle, M.; August, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2011. Forschung aktuell, 2011, 21–23Offenporige metallische Schäume
August, A.; Nestler, B.; Kneer, A.; Wendler, F.; Rölle, M.; Selzer, M.
2011. Werkstoffe in der Fertigung, 2011 (6), 45–46
-
2007Über die Dehn-Funktion von S-arithmetischen Gruppen. Dissertation
August, A.
2007. Universität Karlsruhe (TH). doi:10.5445/IR/1000007160