Transportvorgänge in Fluidphasenresonanzmischern

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung der Euler-Lagrange-Methode in der mechanischen Verfahrenstechnik. Am Beispiel eines neuartigen, rührerlosen Mischapparats, dem Fluidphasenresonanz-Mischer, wird zum Einen die Eignung dieser Simulationsmethode für instationäre, turbulente Strömungen in Apparaten im Technikumsmaßstab demonstriert. Im Zuge dessen wird der Mischapparat ausgehend von einer Ausgangsvariante hinsichtlich seiner Mischeigenschaften verbessert. Als Mischaufgabe dient hierbei das Dispergieren von Feststoffpartikeln in einer Flüssigkeit. Zum Anderen werden die Einflüsse von Partikelkräften im Euler-Lagrange-Modell auf die Mischergebnisse untersucht, ebenso wie die Beiträge der einzelnen Kräfte zur gesamten an den Partikeln angreifenden Kraft. Insbesondere die rechenintensiven Kräfte, allen voran die Basset-Kraft, wurden in Partikelsimulationen im Technikums oder Industriemaßstab bisher üblicherweise vernachlässigt. Es zeigt sich jedoch, dass keine der Kräfte stets vernachlässigbar ist und für jede der Einzelkräfte von Fall zu Fall entschieden werden muss, ob sie berücksichtigt werden sollte.

The present work is about the application of the Euler-Langrange method in mechanical process engineering. A novel agitator-less mixing apparatus called Fluid Phase Resonance mixer is used as an example to demonstrate the feasibility of this simulation method for transient, turbulent flows in pilot scale devices. For this, based on an initial design, the mixing device is improved with respect to its mixing characteristics for the dispersion of solid particles in a liquid. Furthermore, the influence of single forces in the Lagrangian particle model on the mixing characteristics is analysed, as well as their influence on the overall force acting on the particles. Especially computationally expensive forces, like the Basset force, have usually been neglected in Lagrangian particle simulations for pilot or industry scale devices. But it becomes apparent, that none of the forces analysed may always be neglected. For each of the forces it should be decided from case to case whether to include it or not.