Die physikalische Beschaffenheit von Rändern, die Fluide in ihrer geometrischen Ausbreitung einschränken oder sich als Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Fluiden bilden, können signifikanten Einfluss auf die statischen und dynamischen Eigenschaften eines fluidmechanischen Systems haben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses verschiedener Randkonfigurationen auf die Energiedissipation und Stabilität von Flüssigkeitssystemen im Fall schleichender Strömungen, wie sie typischerweise in mikrofluidischen Systemen auftreten.

Die durch ein angelegtes elektrisches Feld induzierte Bewegung von geladenen, an Fluidgrenzflächen absorbierten Mikropartikeln wird im Rahmen dieser Arbeit theoretisch untersucht. Neben dem funktionalen Zusammenhang, der die Geschwindigkeit des Partikels mit der Stärke des elektrischen Feldes verknüpft und unter anderem von den Benetzungseigenschaften des Partikels abhängt, wird ebenfalls die Deformation der Grenzfläche bestimmt, die sich als Konsequenz der Ladung des Partikels und der sich in beiden Phasen unterschiedlich einstellenden elektrischen Doppelschicht ergibt.

Die Präsenz von mehreren Grenzflächenpartikeln lässt sich effektiv durch eine Änderung der rheologischen Eigenschaften der fluiden Grenzfläche beschreiben. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte theoretische Modell eignet sich zur Bestimmung der effektiven Scher- und Dilatationsviskosität der Grenzfläche, welche sich als Funktion der Partikelkonzentration und des Kontaktwinkels der Partikel ausdrücken lässt.

Mikrofluidische Systeme sind typischerweise durch ein geringes Volumen-zu-Oberflächen-Verhältnis charakterisiert, wodurch der Einfluss der Randbedingungen auf die globalen Eigenschaften einer Strömung drastisch zunimmt. Ein geladener, schwach deformierter und in einer durckgetriebenen Strömung eingebrachter Festkörper kann durch einen, an den Wänden des Kanals induzierten, örtlich beschränkten elektoosmotischen Fluss derart isoliert werden, sodass die hydrodynamische Kraft auf den Körper verschwindet. Die exakte Ladungsverteilung, die den Festkörper an der Wand des Kanals umschließt und für eine hydrodynamische Isolierung sorgt, wird theoretisch bestimmt und mit Hilfe von numerischen Simulationen validiert.

Das Ziel vieler technischer Anwendungen ist die Erzeugung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms auf einer ebenen Fläche. Unter bestimmten äußeren Bedingungen jedoch, bilden sich Defekte oder Löcher, die, sofern sie stabil sind, womöglich sogar zu Bauteilversagen führen können. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Stabilitätskriterium bestimmt, welches vorhersagt, unter welchen Umständen sich die Defekte in räumlich begrenzten Flüssigkeitsfilmen selbst heilen. Außerdem wird die Dynamik der Lochschließung einzelner runder Defekte theoretisch untersucht und mit Experimenten auf unterschiedlichen Substraten verglichen.

Als Erweiterung der Untersuchung zu einzelnen Defekten in Flüssigkeitsfilmen, wird ein Modell entwickelt, welches die Vorhersage von mehreren Defekten in ihrer zeitlichen Entwicklung vorhersagt. Durch einen Vergleich mit Experimenten werden die theoretischen Resultate validiert.