CFD in der Verfahrenstechnik

Brenner

In der Verfahrenstechnik können komplexe physikalische Zusammenhänge wie reagierende Strömungen nur bedingt mit Hilfe von praktischen Versuchen optimiert werden.

CFD bietet die Möglichkeit, solche Zusammenhänge zu erforschen und zu optimieren, ohne große Trial- and Error-Aufwendungen betreiben zu müssen.

Für eine Kopie einer Veröffentlichung über die Turbulenzmodellierung in Drallbrennern nehmen Sie bitte mit Kontakt auf.

Drallerzeuger

Drehende Strömungen stellen eine Herausforderung für Turbulenzmodelle dar. Einfache Turbulenzmodelle (0-, 1- oder 2-Gleichungsmodelle) sind meistens nicht genau genug, um das Verhalten einer Drallströmung vorherzusagen. Reynolds-Spannungsmodelle stellen dagegen eine sehr kostenintensive Lösung dar.

Im Rahmen eines Projektes zur Optimierung von Großbrennern ist es unseren Ingenieuren gelungen, ein wirtschaftliches und genaues Turbulenzmodell zu finden, das eine schnelle Optimierung des Strömungsfelds ermöglicht.

Das Diagramm zeigt einen Vergleich zwischen numerischen Ergebnissen und Messungen der axialen Geschwindigkeitskomponente an einer bestimmten Stelle nach dem Drallerzeuger. Die CFD-Ergebisse können als quantitativ genau betrachtet werden.

Granulate

Mit Hilfe von Disktreten Partikel Methoden lassen sich Granulatbewegungen abbilden. Hierfür kommt diese Simulationstechnik zum Einsatz, um die Bahnen der einzelnen Partikel in Abhängigkeit von den wirkenden Kräften zu bestimmen.

Die hier dargestellte Animation stellt den Füllvorgang eines Festbettreaktors dar. Nach erfolgter Befüllung wird der Behälter gerüttelt, um eine möglichst hohe Packungsdichte zu erhalten.

Der Vergleich der berechneten Gesamt-Porosität mit gemessenen Werten zeigt, dass der Simulationsfehler unter 3% liegt.

Eine entsprechende Schnittstelle zu geeigneten CFD-Programme wurde von unseren Ingenieuren entwickelt.

Rührer

Mehrphasige Strömungen treten oft auf. CFD bietet die Möglichkeit, die Phasenverteilung, die Veränderung des thermodynamischen Zustands und den Wärmeaustauch zwischen den Phasen zu berechnen.

Dieses Beispiel zeigt die Gaskonzentration auf einem Schnitt durch einen Rührer. Das Gas wird durch einen Begasungsring unterhalb der Rührerblätter eingespeist. Durch die Blätter wird das Gas zunächst nach außen geschleudert. Danach erfolgt eine Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit. Der Einfluss der turbulenten Strömung auf die Gasverteilung ist oberhalb und unterhalb der Rührerebene sichtbar.

Schüttungen

Bisherige Untersuchungen beschränkten sich auf die vereinfachte Darstellung von Schüttungen in Form von homogenen porösen Medien.

Möchte man jedoch die stattfindenden Prozesse gezielt optimieren (z.B. Beschleunigung eines Trocknungsvorgangs oder die Steigerung einer kinetischen Umsetzung) sind detaillierte Kenntnisse notwendig.

Eine neue Methode wurde von unseren Ingenieuren entwickelt, die es erlaubt Schüttungsgeometrien schnell und flexibel in einem CFD-Programm einzulesen und die Strömungsvorgänge genau zu simulieren. Das Modell wurde erweitert, um den Wärmeaustausch innerhalb der Schüttung und zur Wand zu berücksichtigen. Chemische Vorgänge auf der Kat-Oberfläche sowie in der Gasphase werden ebenfalls berechnet.

Veröffentlichung: Fluent-Anwenderkonferenz, Frankental 25-26 September, 2002. more

Veröffentlichung: 3rd European Congress of Chemical Engineering, Nürnberg 26-28 Juni, 2001. more

Zentrifugen

Bei der Behandlung von Flüssigkeiten und bei der Trennung von Verunreinigungen oder von unterschiedlich schweren Fluiden werden oft Zentrifugen eingesetzt.

Dabei stellt sich die Frage, wo und wie kann man am besten die einzelnen Phasen oder hoch konzentrierte Gemische abführen.

Im ersten Beispiel wird das Verhalten einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in einer sich drehenden Trommel simuliert. Der sich ergebende Druck wird farblich dargestellt. Die rote Farbe stellt einen hohen Druckwert dar. Blau dagegen stellt einen niedrigen Wert dar.

In dem zweiten Beispiel wird der Einfluss eines einfachen Greifers auf die Strömung gezeigt. Eine entsprechend strömungsoptimierte Greifergeometrie kann mit Hilfe von CFD konstruiert werden.