Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Herleitung eines dynamischen Schüttbettmodells für Drehrohre unter Berücksichtigung von Ver- und Entmischungsvorgängen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Viktor Scherer; Professor Dr.-Ing. Eckehard Specht
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238769554

Bei der Prozesssimulation von Drehrohröfen treten stets instationäre Anlaufvorgänge auf. Im Prozessverlauf stellen sich in der Schüttung Segregationseffekte und verschiedene Bewegungsstrukturen ein, die durch die Veränderung des Füllungsgrades und die Veränderung der Materialeigenschaften bedingt sind. Der Wärmeeintrag in das Schüttbett ist wegen der stets unvollständigen Vermischung instationär, wodurch sich zwischen Kern und Oberfläche eine Temperaturdifferenz ausbildet. Instationäre Vorgänge treten zudem bei Veränderung des zugeführten Massenstroms, der Art des Brennstoffes, der Flammenführung und des Energieeintrags auf. In dem Projekt sollen die vorhandenen Erfahrungen, Experimente und Werkzeuge der beiden Forschungsstellen dazu genutzt werden, um das Ver- und Entmischungsverhalten von mono- und polydispersen Schüttungen im Querschnitt eines Drehrohres modelltechnisch abbilden zu können. Mit diesem entwickelten Modell sollen in Abhängigkeit von Partikelgrößen, Materialeigenschaften und Betriebsparametern der instationäre Wärmetransport im Bett und die radialen Temperaturverteilungen beschreibbar gemacht werden. Das dynamische Modellierungskonzept auf Mikroebene (Drehrohrmodul) soll anschließend in eine entsprechende Fließschemasimulation überführt werden. Ausgangspunkt der Arbeiten sind zahlreiche, in der Vergangenheit an einer der beteiligten Forschungsstellen durchgeführte Experimente und daraus abgeleitete phänomenologische Modelle für den stationären Drehrohrbetrieb. Zur Übertragung dieses Wissens auf Fließprozesse mit transienten inneren und äußeren Randbedingungen werden partikelbasierte Diskrete Element Simulationen (DEM) des anderen Projektpartners eingesetzt, die eine rigorose Beschreibung der physikalische Vorgänge ermöglichen. Die Simulationen werden an bereits verfügbaren stationären Experimenten und neuen, innerhalb des geplanten Projekts durchgeführten instationären Unter-suchungen überprüft. Die Erkenntnisse dieser Arbeiten fließen direkt in das zu entwickelnde Drehrohrmodul ein und dienen dort zur benötigten Erweiterung und Modifikation der bekannten Zusammenhänge.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1679: Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse