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 

Projektbeschreibung

  • 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.

     

Vorlesungsbetreuung / Sprechzeiten

  • Vorlesungsbetreuung

- Molekulare Thermodynamik (WS 2016/17)

- Computerlabor (SS 2017)

- Thermodynamik I (WS 2017/18)

- Computerlabor (SS 2018)

- Thermodynamik der Transportprozesse (WS 2018/19)

  • 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.

M. P. Lautenschlaeger, S. Stephan, M. T. Horsch, B. Kirsch, J. C. Aurich, H. Hasse: Effects of Lubrication on Friction and Heat Transfer in Machining Processes on the Nanoscale: A Molecular Dynamics Approach, Proceedings of the 11th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering (2017), 10.1016/j.procir.2017.12.216.

G. Rutkai, A. Köster, G. Guevara-Carrion, T. Janzen, M. Schappals, C. W. Glass, M. Bernreuther, A. Wafai, S. Stephan, M. Kohns, S. Reiser, S. Deublein, M. Horsch, H. Hasse, J. Vrabec: ms2: A molecular simulation tool for thermodynamic properties, release 3.0, Computer Physics Communications 221, 343 (2017), 10.1016/j.cpc.2017.07.025.

M. Heier, S. Stephan, J. Liu, W. G. Chapman, H. Hasse, K. Langenbach: Equation of state for the Lennard-Jones truncated and shifted fluid with a cut-off radius of 2.5 based on perturbation theory and its applications to interfacial thermodynamics, Molecular Physics, (2018), 10.1080/00268976.2018.1447153.

J. Vrabec, M. Bernreuther, H.-J. Bungartz, W.-L. Chen, W. Cordes, R. Fingerhut, C. W. Glass,J. Gmehling, R. Hamburger, M. Heilig, M. Heinen, M. T. Horsch, C.-M. Hsieh, M. Hülsmann, P. Jäger, P. Klein, S. Knauer, T. Köddermann, A. Köster, K. Langenbach, S.-T. Lin, P. Neumann, J. Rarey, D. Reith, G. Rutkai, M. Schappals, M. Schenk, A. Schedemann, M. Schönherr, S. Seckler, S. Stephan, K. Stöbener, N. Tchipev, A. Wafai, S. Werth und H. Hasse: Effiziente Nutzung moderner Rechnerarchitekturen: von der Nanoskala zur Prozesssimulation, Chemie Ingenieur Technik 90, 295 (2018), 10.1002/cite.201700113.

S. Stephan, M. Lautenschlaeger, I. Alabad Alhafez, M. T. Horsch, H. M. Urbassek, H. Hasse: Molecular Dynamics Simulation Study of Mechanical Effects of Lubrication on a Nanoscale Contact Process. Tribology Letters 66, 126 (2018), 10.1007/s11249-018-1076-0.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapor-Liquid Interfaces: A Study by  Molecular Simulation and Density Gradient Theory, Chemical Engineering Transactions 69, 295-300 (2018), 10.3303/CET1869050

S. Stephan, J. Liu, K. Langenbach, W. G. Chapman, H. Hasse: Vapor-Liquid Interface of the Lennard-Jones Truncated and Shifted Fluid: Comparison of Molecular Simulations, Density Gradient Theory, and Density Functional Theory, The Journal of Physical Chemistry C 122, 24705 (2018), 10.1021/acs.jpcc.8b06332.

S. Stephan, M. Horsch, J. Vrabec, H. Hasse: MolMod - an Open Access Database of Force Fields for Molecular Simulations of Fluids, Molecular Simulation 45, 10, 806 (2019), 10.1080/08927022.2019.1601191.

S. Stephan, Kai Langenbach, Hans Hasse: Interfacial Properties of Binary Lennard-Jones Mixtures by Molecular Simulation and Density Gradient Theory, Journal of Chemical Physics 150, 174704 (2019), 10.1063/1.5093603.

  • 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.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Fluid Interfaces of Binary Mixtures. Tag der Verfahrenstechnik 2017, 16.10.2017 Kaiserslautern.

S. Stephan, J. Liu, K. Langenbach, W. G. Chapman, H. Hasse: Vapor-liquid Interfacial Properties of the Lennard-Jones Truncated and Shifted Fluid: A Comparative Study by Molecular Simulation, DFT, and DGT, Workshop Fundamental Theoretical Approaches to the Equation of State, 08.01.2018, Manchester, UK.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Interfacial Properties of Binary Lennard-Jones Mixtures by Molecular Simulation and Density Gradient Theory. European Symposium on Applied Thermodynamics – ESAT 2018, 10.-13.0.6.2018 Prague, Czech Republic.

S. Stephan, J. Liu, K. Langenbach, W. G. Chapman, H. Hasse: Vapor-liquid Interfacial Properties of the Lennard-Jones Truncated and Shifted Fluid: A Comparative Study by Molecular Simulation, DFT, and DGT. 20th Symposium on Thermophysical Properties, 24.-29.06.2018 Boulder, CO, US.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapor-Liquid Interfaces: A Study by Molecular Simulation and Density Gradient Theory. Distillation & Absorption 2018, 16.-19.09.2018 Florence, Italy. 

S. Stephan, H. Urbassek, H. Hasse: Mechanical Effects of Lubrication on a Nanoscale Contact Process, Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes, 24-26.09.2018, Tahoe City, CA, US. 

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapour-Liquid Interfaces: a Study by Molecular Simulation and Density Gradient Theory, Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Membrantechnik, 27.-29.03.2019, Potsdam.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment at Vapour-Liquid Interfaces: Origin and Influence on Mass Transfer, Thermodynamics 2019, 26.-28.06.2019, Punta Umbría, Spain.

S. Stephan, K. Langenbach, H. Hasse: Investigation of Nanoscopic Phenomena at Fluid Interfaces, Joint EMLG/ JMLG joint conference (European/Japanese Molecular Liquid Group) 08.-13.09.2019 Kutná Hora, Czech Republic.

S. Stephan, O. Großmann, D. Schäfer, K. Langenbach, H. Hasse: Enrichment of Components at Vapor-Liquid Interfaces: Origin and Influence on Mass Transfer, Thermodynamik Kolloquium 2019, 30.09-02.10.2019, Duisburg.

  • 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.

S. Stephan, M. P. Lautenschläger, M. Horsch, H. Hasse: Molecular Dynamics Simulation of Lubricated Contact Processes, Thermodynamik Kolloquium 2017, 27.09.2017, Dresden.

S. Stephan, M. Horsch, J. Vrabec, H. Hasse: A New Database of Rigid Molecular Models for Simulations of Thermodynamic Properties of Fluids, 20th Symposium on Thermophysical Properties, 24.-29.06.2018 Boulder, CO, US.

S. Stephan, H. Hasse, M. T. Horsch, J. Vrabec: Molecular Model Database of the Boltzmann-Zuse Society for Computational Molecular Engineering, EMMC International Workshop 2019, 25.-27.02.2019, Vienna.

S. Stephan, Kai Langenbach, Hans Hasse: Enrichment of Components At Vapor-Liquid Interfaces: Physical Origin and Influence on Mass Transfer, Properties & Phase Equilibria for Product & Process Design (PPEPPD), 12.-16.05.2019, Vancouver, Canada.

S. Stephan, E. Forte, H. Hasse: A critical assessment of molecular simulation data and equations of state of the Lennard-Jones fluid, Thermodynamics 2019, 26.-28.06.2019, Punta Umbría, Spain.

S. Stephan, M. T. Horsch, J. Vrabec, H. Hasse: Molecular model database of the Boltzmann-Zuse Society for Computational Molecular Engineering, Molecular and materials simulation at the turn of the decade: Celebrating 50 years of CECAM, 09.-12.09.2019, Lausanne, Switzerland.

S. Stephan, M. T. Horsch, J. Vrabec, H. Hasse: A Database for Molecular Models for the Simulation of Thermodynamic Properties of Fluids, Joint EMLG/ JMLG (European/Japanese Molecular Liquid Group) conference, 08.-13.09.2019 Kutná Hora, Czech Republic.

S. Stephan, H. Hasse: The Lennard-Jones fluid revisited. Joint EMLG/ JMLG (European/Japanese Molecular Liquid Group) conference, 08.-13.09.2019 Kutná Hora, Czech Republic.

O. Großmann, S. Stephan, J. Butz, K. Langenbach, H. Hasse: Interfacial Properties and Solubility Studies for Binary Mixtures of Real Components. Thermodynamik Kolloquium 2019, 30.09-02.10.2019, Duisburg.

S. Stephan, E. Forte, H. Hasse: The Lennard-Jones fluid revisited. Thermodynamik Kolloquium 2019, 30.09-02.10.2019, Duisburg.

 

 

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"

01/2017-
03/2017

Visitor at Rice University, Houston, TX in der Arbeitsgruppe von W. G. Chapman

seit 02/2016

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

 

 

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Last Change: October 3th 2019