Ablagerungsbildung von verdunstenden Flüssigkeitsfilmen und Tropfen ist ein wichtiges Phänomen in vielen industriellen Anwendungen. In Verbrennungsmotoren bilden sich Ablagerungen aus Kraftstofffilmen auf Ventilen, Zylinderwänden und Kolben. Bei der Abgasnachbehandlung bilden sich Ablagerungen von Harnstoff-Wasser-Lösungen, die in den Abgasstrang eingespritzt werden, um Stickoxidemissionen zu reduzieren. In beiden Fällen haben die Ablagerungen einen negativen Einfluss auf die Effizienz des Prozesses und sie erhöhen den Schadstoffausstoß.

Der Einfluss von physikalischen Parametern auf den Verdunstungs- und Ablagerungsprozess ist nicht ausreichend verstanden. Obwohl mittels numerischer Simulation einzelne Aspekte des Verdunstungsprozesses und der Ablagerungsbildung in der Literatur behandelt wurden, bleibt die Rolle einiger bedeutender Phänomene bisher unklar. Weiterhin gibt es bislang kein einzelnes Multiskalen-Modell, welches alle relevanten physikalischen Phänomene und deren Interaktionen berücksichtigt. Ein solches Modell wäre wichtig, um ein grundlegendes Verständnis für den Prozess zu entwickeln und daraus Strategien zur Vermeidung von Ablagerungen abzuleiten. Diese Arbeit ist ein erster Schritt in der Entwicklung eines solchen Modells. Aus der Analyse von früheren Untersuchungen kann abgeleitet werden, dass sich der Prozess in zwei Stufen aufteilen lässt.

In der ersten Stufe existiert ein dünner Flüssigkeitsfilm auf einer strukturierten Wand, der von Verdunstung, der turbulenten Scherströmung und chemischen Reaktionen beeinflusst wird. Dieser Flüssigkeitsfilm reißt im weiteren Prozessverlauf auf und tritt in die zweite Stufe ein, in der er weiter verdunstet und Ablagerungen bildet.

Die Long-Wave Theory wird verwendet, um mehrere Modelle herzuleiten, mit denen die Entwicklung und Stabilität von dünnen Flüssigkeitsfilmen untersucht wird. Diese Modelle berücksichtigen verdampfende oder verdunstende Filme auf beheizten oder gekühlten strukturierten Wänden, einen Flüssigkeitsfilm mit einer zeitlich veränderlichen chemischen Reaktion, geschert von einer laminaren Schubspannung, und einen Flüssigkeitsfilm, der von einer turbulenten Schubspannung geschert wird. Die resultierenden Evolutionsgleichungen werden von einem Finite-Differenzen-Löser gelöst, der in dieser Arbeit entwickelt wurde. Die lineare Stabilität der Lösung wird betrachtet und Parameterstudien werden durchgeführt. Es wird gezeigt, dass die untersuchten physikalischen Phänomene einen großen Einfluss auf die Stabilität und Entwicklung des Films haben und dass es starke Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phänomenen gibt. Dies macht eine volle numerische Simulation der Filmentwicklung notwendig.

Die Verdunstung und Ablagerungsbildung aus aufgesetzten binären Tropfen wird mithilfe einer Arbitrary Lagrangian-Eulerian Methode untersucht. Das Gitter wird verformt, um der Form des verdunstenden Tropfens und der Form der Ablagerung zu folgen. Das entwickelte Modell wird mit Hilfe von einer Korrelation und experimentellen Daten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich ringförmige Ablagerungen in der Nähe der Dreiphasenkontaktlinie bilden, wenn der Marangoni-Effekt vernachlässigt werden kann. Eine Parameterstudie für Harnstoff-Wasser Tropfen wird durchgeführt. Die Wandtemperatur, die initiale Zusammensetzung des Tropfens und die Tropfengröße beeinflussen die Tropfenverdunstung, die Zeit, zu der sich die ersten Ablagerungen bilden, die Wachstumsrate der Ablagerungen sowie deren resultierende Form. Die Form der Ablagerungen ändert sich von ringförmig zu kappenförmig, wenn Thermokapillarität berücksichtigt werden muss.