Diese Arbeit behandelt die numerische Untersuchung von elektrohydrodynamischen Mehrphasenströmungsproblemen. Flüssigkeitsansammlungen können durch starke externe elektrische Felder deformiert werden. In industriellen Anwendungen wird dieser Effekt genutzt, um die Bewegung einzelner Flüssigkeitströpfchen mit hoher Genauigkeit zu steuern. Außerdem werden starke elektrische Felder zur Zerstäubung von Flüssigkeitsansammlungen in Mikrotröpfchen verwendet.

Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften verschiedener Flüssigkeitsphasen bewirkt die Strömungsdynamik eine Rückkopplung auf die Verteilung des elektrischen Feldes. Eine numerische Modellierung derartiger Strömungsprobleme erfordert deshalb eine gekoppelte Lösung der hydrodynamischen und der elektrodynamischen Gleichungen. Weil die meisten Flüssigkeiten eine gewisse Ionenleitfähigkeit aufweisen, ist ein elektroquasistatisches Modell unter Beachtung von kapazitiven, resistiven und konvektiven elektrischen Ströme erforderlich. Dieses Modell wird durch eine Kopplung an das Strömungsproblem für inkompressible Flüssigkeiten erweitert, welches durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben wird. Beide Probleme werden auf demselben Rechengitter mittels der Finite-Volumen-Methode gelöst.

Aufgrund des Verhaltens der simulierten Strömungen, das unter anderem änderungen der Topologie an der Grenzschicht zwischen den Flüssigkeiten beinhaltet, wird die Bewegung der Grenzschicht mittels der Fluidvolumenmethode für diffuse Grenzschichten abgebildet. Außerdem wird die Bewegung der Kontaktlinien mittels eines dynamischen Kontaktwinkelmodells unter Beachtung von Hystereseeffekten modelliert. Dieses Modell erlaubt eine akkurate Beschreibung von Haftgleiteffekten bei transienten Bewegungen der Kontaktlinie. Die entwickelte Lösungsmethode kann leicht auf eine Vielzahl elektrohydrodynamischer Strömungsprobleme angewandt werden.

In dieser Arbeit werden die elektrohydrodynamische Strömungen für drei technische Anwendungen untersucht. Zuerst wird die Dynamik von Tröpfchen auf einem Isolator unter Einfluss eines elektrischen Wechselfelds untersucht. Die Dynamik der oszillierenden Tröpfchen wird mit experimentellen Daten verglichen. Im Anschluss werden die Teilentladungseinsetzfeldstärken in ähnlichen Konfigurationen abgeschätzt. Als zweites wird die feldstärkeninduzierten Ablösedynamik in einem Tröpfchengenerator für zwei verschiedener Flüssigkeiten untersucht und mit Messdaten verglichen. Die unterschiedliche Leitfähigkeit der beiden Flüssigkeiten führt zu substanziellen Unterschieden in der Ablösedynamik. Die relevanten Parameter für die Ablösedynamik werden aus den Simulationen extrahiert. Zuletzt werden transiente Elektrosprays im Cone-Jet Modus für Flüssigkeiten mit unterschiedlichen elektromechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die Korrelation zwischen Ladung und Radius des zuerst erzeugten Tröpfchens reproduziert bekannte Skalengesetze. Außerdem liefert die Untersuchung modifizierte Skalengesetze für die nachfolgend erzeugten Tröpfchen.