Simon Stephan

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Simon Stephan

FB Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Lehrstuhl für Thermodynamik
Technische Universität Kaiserslautern
Erwin-Schrödinger-Straße 44
Gebäude 44/519a
67663 Kaiserslautern


Tel.: +49(0)631 205-2311
Fax: +49(0)631 205-3835

E-Mail: simon.stephan[at]mv.uni-kl.de 

  • ENRICO - Anreicherung von Komponenten an flüssig-dampf Phasengrenzflächen

    Fluide Trennverfahren spielen in der chemischen Industrie eine entscheidende Rolle. Bei einigen technisch relevanten Gemischen kommt es an der Phasengrenzfläche zu einer Anreicherung der leichtsiedenden Komponente. Die zentrale Annahme dieses Projektes geht davon aus, dass diese Anreicherung einen zusätzlichen Transportwiderstand für den Stofftransport durch die Grenzschicht darstellt. 

    Ziel dieses Teilprojektes ist die Untersuchung dieser Anreicherung mittels theoretischer Methoden, da direkte Messungen auf solch kleiner Skala schwer realisierbar sind. Neben molekularen Simulationen wird die Dichtegradiententheorie verwendet um die lokalen Strukturen und Effekte an flüssig-dampf Phasengrenzflächen vorherzusagen. Insbesondere soll dabei untersucht werden, welche Umstände eine Anreicherung begünstigen.

     

  • Molekulare Modellierung und Simulation technisch relevanter Prozesse, z.B. für die spanende Fertigungstechnik, neuartige Messverfahren und die Vorhersage von Stoffdaten

    Reibung, insbesondere der Einfluss von Flüssigkeitsfilmen zwischen Reibkörpern, ist auf molekularer Ebene bisher noch nicht final verstanden. Zur Optimierung spanender Fertigungsprozesse kann ein tiefes Verständnis der molekularen Prozesse neue Ansätze liefern. In dem Projekt „Physical Modeling for Virtual Manufactoring Systems and Processes“ im Rahmen einer internationalen Forschergruppe (Interantional Research Training Group - IRTG) gefördert vom DFG sollen Fertigungsprozesse – und Abläufe auf unterschiedlichen Skalen auf ihre gegenseitigen Einflüsse hin untersucht werden.
    Ziel des bearbeiteten Teilprojekts ist es, mit Hilfe von Molekulardynamik-Simulationen (MD) die komplexe Interaktion der Kontaktvorgänge eines Werkstückes und Werkzeuges sowie dazwischen liegendem Kühlschmierstoff eines spanenden Fertigungsprozesses zu modellieren. Zu überwindende Herausforderungen dabei liegen insbesondere in der Untersuchung der lokalen Dissipation und der Wärmeübertragung welche aus der dem Simulationsszenario zugrundeliegenden Nicht-Gleichgewichtsthermodynamik folgt. Möglichst realistische molekulare Modelle, insbesondere zur Beschreibung der thermophysikalischen Eigenschaften der eingesetzten Kühlschmierstoffe, sollen dabei eingesetzt werden. Auch sollen Untersuchungen zur möglichen Verwendung von Multiskalen-Methoden vorgenommen werden.

     

  • Quantitative Modellierung zur zuverlässigen Vorhersagbarkeit von thermodynamischen Stoffeigenschaften moderat großer Moleküle 

    Um thermodynamische Zustands- und Transportgrößen auch größerer Moleküle mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig anwendungsrelevanten Rechenzeiten mit Hilfe molekularer Simulationen vorhersagen zu können, werden innere Freiheitsgrade der Moleküle berücksichtigt. Insbesondere die die Konformation beeinflussenden intramolekularen Schwingungen stehen dabei im Fokus. Zur Berechnung der dafür benötigten Potentiale kann klassische Parameteroptimierung anhand von Zielgrößen oder deterministische quantenmechanische Methoden eingesetzt werden.

     

Studentische Arbeiten

Bei Interesse an molekularen Simulationen zur Anwendung in der Verfahrenstechnik und im Maschinenbau können Sie sich gerne bei mir melden.

 

Betreute und laufende studentische Arbeiten

  • Untersuchung der Anreicherung von Stoffen an Dampf-Flüssigkeits Phasengrenzen durch molekulare Simulationen
    [Forschungsarbeit, in Bearbeitung]
  • Untersuchung des Einflusses der Kettenlänge auf von Alkanen auf deren Schmierwirkung in einem nanotribologischen System
    [Bachelorarbeit, abgeschlossen]
  • Untersuchung des Einflusses dipolarer Wechselwirkungen auf die Anreicherung von Stoffen an Dampf-Flüssigkeits Phasengrenzen
    [Bachelorarbeit, in Bearbeitung]
  • Entwicklung einer Zustandsgleichung für das Lennard-Jones + Quadrupol Fluid und Untersuchung von dessen Grenzflächeneigenschaften
    [Forschungsarbeit, in Bearbeitung]
  • Untersuchung der Anreicherung von leichtsiedenden Stoffen an Dampf-Flüssigkeits Phasengrenzen mittels molekularer Simulation
    [Forschungsarbeit, in Bearbeitung]
  • Molekulare Simulation des Stofftransports durch Dampf-Flüssigkeits Phasengrenzen mit der Dual Control Volume Methode
    [Masterarbeit, in Bearbeitung]


Vorlesungsbetreuung / Sprechzeiten

  • Vorlesungsbetreuung
- Molekulare Thermodynamik (WS 2016/17)

- Computerlabor (SS 2017)

- Thermodynamik I (WS 2017/18)

  • Sprechzeiten
- jederzeit, Vereinbarung vorab per Email

Veröffentlichungen / Vorträge / Poster

  • Veröffentlichungen

S. Stephan, H. Hesse: System und Verfahren zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und des thermischen Zustandspunktes eines Fluids, Patent DE 10 2016 112 497.4 (2016).

S. Stephan, M. Raddatz: Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustandspunktes des Dampfs in Dampfturbinen sowie Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens, Patent DE 10 2016 100 864 A1 (2016).
S. Stephan, W. Uffrecht, M. Raddatz: Sensorkonzept zur Bestimmung der Dampffeuchte und des thermischen Zustandspunkts von Nassdampf mittels Schwingungsspektroskopie, Technisches Messen (2017), 10.1515/teme-2017-0058.
M. P. Lautenschlaeger, S. Stephan, H. M. Urbassek, B. Kirsch, J. C. Aurich, M. T. Horsch, H. Hasse: Effects of Lubrication on the Friction in Nanometric Machining Processes: A Molecular Dynamics Approach, Applied Mechanics and Materials 869, 85 (2017), 10.4028/www.scientific.net/AMM.869.85.
M. Schappals, A. Mecklenfeld, L. Kröger, V. Botan, A. Köster, S. Stephan, E. J. Garcia, G. Rutkai, G. Raabe, P. Klein, K. Leonhard, C. W. Glass, J. Lenhard, J. Vrabec, H. Hasse: Round Robin Study: Molecular Simulation of Thermodynamic Properties from Models with Internal Degrees of Freedom, J. Chem. Theory Comput. 13, 4270 (2017), 10.1021/acs.jctc.7b00489.
  • Vorträge
S. Stephan: Simulation of macroscopic fluid properties with molecular models for engineering applications, SIAM National Student Chapter Conference, Reading (UK) 29.05.2015
S. Stephan, W. Uffrecht, M. Raddatz, W. Hartmann: Entwicklung eines Sensorkonzepts zur Messung der Dampffeuchte mittels Schwingungsspektroskopie, Thermodynamik-Kolloquium 2016, Kaiserslautern
M. T. Horsch, S. Stephan, S. Becker, M. Heier, M. P. Lautenschläger, F. Diewald, R. Müller, H. M. Urbassek, H. Hasse: Molecular dynamics simulation of nanofluidics and nanomachining, HPC and Big Data in Molecular Engineering, 19.12.2016 Hyderabad, India.
S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment at Vapor-Liquid Interfaces: Comparison between DGT + PeTS & Molecular Simulations, SAFT Workshop 2017, 17.2.2017 Houston, USA.
S. Stephan, M. Heier, K. Langenbach, H. Hasse: Iterfacial properties of the Lennard-Jones truncated and shifted fluid by molecular simulations and a new equation of state combined with density gradient theory, European Symposium on Applied Thermodynamics – ESAT 2017, 19.05.2017 Bukarest, Rumänien.
S. Stephan, M. Lautenschläger, M. T. Horsch, H. Hasse: Effects of Lubrication on the Friction in Nanometric Machining Processes: A Molecular Dynamics Approach, 1st Conference on Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes, 08.06.2017 Speyer.
S. Stephan, M. Heier, K. Langenbach, H. Hasse: Interfacial Properties of Mixtures of the Lennard-Jones Truncated and Shifted Fluid by Molecular Simulations and a New Equation of State Combined with Density Gradient Theory, Thermodynamics 2017, 08.09.2017 Edinburgh, Scotland.
S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Interfacial Properties of Mixtures of the Lennard-Jones Truncated and Shifted Fluid by Molecular Simulations and Equation of State Combined with Density Gradient Theory, Thermodynamik Kolloquium 2017, 28.09.2017 Dresden.
  • Poster
S. Stephan, W. Uffrecht: Nicht-invasive Dampffeuchtemessung mittels Schwingungsspektroskopie, Kraftwerkstechnisches Kolloquium 2015, 14.10.2015 Dresden.
M. Lautenschläger, S. Stephan, M. Horsch, H. Urbassek, H. Hasse: Molekulardynamik-Simulationen nanoskaliger Transportprozesse: Spaltströmungen und Nanoindentation mit Schmierung; Thermodynamik-Kolloquium 2016, Kaiserslautern.
S. Stephan, M. Lautenschläger, M. Horsch, H. Hasse: Molecular Dynamics Simulation of nanoscopic Processes: Lubricated Nano-Indentation and Couette-Flow, Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe - Molekulare Modellierung und Simulation für Prozess- und Produktdesign, 10.03.2017 Frankfurt.
S. Stephan, M. Heier, K. Langenbach, H. Hasse: Parameterization of an Equation of State for the Lennard Jones Truncated and Shifted Fluid for the Description of Interfacial Properties by Density Gradient Theory and Comparison with Molecular Simulations, SAFT conference 2017, Heidelberg 13.06.2017.
S. Stephan, M. Horsch, J. Vrabec, H. Hasse: Molecular Models of the Boltzmann Zuse Society, Thermodynamik Kolloquium 2017, 27.09.2017 Dresden.

Ausbildung

2008 Allgemeine Hochschulreife; Wilhel-Löhe Schule, Nürnberg
2009 - 2015 Studium des Maschinenbaus mit der Vertiefungsrichtung Energietechnik an der Technischen Universität Dresden
09/2012 - 12/2015 Arbeiten am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik sowie Magnetofluiddynamik, Mess- und Automatisierungstechnik der TU Dresden. Honorararbeiten an der Hochschule Zittau Görlitz

03/2015 - 08/2015

Academic Visitor an der University of Reading im Bereich molekulare Simulationen zur Vorhersage von Stoffeigenschaften in der Arbeitsgruppe von Dr. P. Ilg

09/2015- 12/2015

Diplomarbeit zum Thema "thermische Messungen in Niederdruckstufen von Kondensationsdampfturbinen"

seit 02/2016

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD), Technische Universität Kaiserslautern

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Letzte Änderung: 08.11.2017