Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation der Flüssigkeits-Feststoff-Strömung im Strahlschlaufenapparat [article]

Patrick Mier, Technische Universität Berlin, Technische Universität Berlin, Matthias Kraume
2007
In dieser Arbeit werden die Flüssigkeits- und die Flüssigkeits-Feststoff-Strömung in Strahlschlaufenapparaten experimentell und mittels numerischer Strömungssimulation untersucht. Die experimentelle Untersuchung erfolgt durch Bestimmung der Axialgeschwindigkeit und des Turbulenzgrades der Axialgeschwindigkeit der kontinuierlichen flüssigen Phase mit Hilfe der Laser-DOPPLER-Anemometrie (LDA) bis zu einem Dispersphasenanteil von 15 Vol. %. Bei der Flüssigkeits-Strömung bestätigen die
more » ... weitgehend bekannte Daten aus früheren Untersuchungen. In der Flüssigkeits-Feststoff-Strömung zeigt sich neben dem erwarteten Rückgang der Umwälzung im Strahlschlaufenapparat mit zunehmendem Dispersphasenanteil ein deutlicher Anstieg des Turbulenzgrades in der kontinuierlichen flüssigen Phase. Da die verwendeten Partikeln wesentlich größer als die KOLMOGOROFF-Länge der kleinsten turbulenten Wirbel im untersuchten System sind, wird der Anstieg des Turbulenzgrades auf die im Bereich der Partikelumströmung und des Partikelnachlaufes erzeugten Wirbel zurückgeführt. Zur numerische Strömungssimulation werden die zwei kommerziell verfügbaren Simulationsprogramme STAR-CD 3.05A und CFX 4.3 eingesetzt. Bei der Simulation der Flüssigkeits-Strömung zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Literaturdaten und eigenen experimentellen Daten. Mit dem validierten Modell für die Flüssigkeits-Strömung wird eine evolutionsstrategische geometrische Optimierung des Strahlschlaufenapparates durchgeführt. Bei der Simulation der Flüssigkeits-Feststoff-Strömung im Strahlschlaufenapparat mit dem EULER-EULER-Verfahren erweist sich eine Begrenzung des maximalen Dispersphasenanteils sowie eine Berücksichtigung des Einflusses der dispersen festen Phase auf die Turbulenz in der flüssigen Phase als erforderlich. Zur Begrenzung des maximalen Dispersphasenanteils wird das "Solids Pressure Model" eingesetzt. Zur Beschreibung des Einflusses der dispersen festen Phase auf die Turbulenz in der flüssigen Phase wird ein Quellterm für die Transportgleichung d [...]
doi:10.14279/depositonce-1501 fatcat:omsqtraeyrgdviakul5s24lvvi