TRR 287:  BULK-REACTION - Gasdurchströmte, bewegte Schüttungen mit chemischer Reaktion

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Medizin ; Physik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422037413

Reagierende, dichte Partikelsysteme bilden die Basis für eine Vielzahl unterschiedlicher Prozesse in einem weiten industriellen Anwendungsfeld (z.B. Energiespeicherung, thermische Umsetzung von Biomasse, thermische Behandlung von Schüttgütern in der verfahrenstechnischen, chemischen, pharmazeutischen und der Lebensmittelindustrie). BULK-REACTION kombiniert Methoden und Expertise der reaktiven Strömungsmechanik und Partikeltechnik und schafft eine Verbindung dreidimensionaler Simulation und Messtechnik von mikroskopischen Granulatporen in den Partikeln über die Hohlräume zwischen Partikeln bis hin zu Gesamtsystemen industriellen Maßstabs. Hierdurch können die Vorgänge in chemisch reagierenden Schüttungen sowohl orts- als auch zeitaufgelöst in einer bisher nicht erreichten Detailtiefe analysiert werden. BULK-RECTION legt die wissenschaftlichen Grundlagen für neuartige Produkte und Reaktorkonzepte sowie zur Prozessoptimierung und eröffnet die Möglichkeit, die Energieeffizienz dieser Kernprozesse der Verfahrenstechnik zu erhöhen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und letztendlich die Produktqualität präzise vorherzusagen. Die Ziele von BULK-REACTION können wie folgt zusammengefasst werden:• Erforschung neuer und grundlegende Erweiterung bestehender Messtechniken, um in reagierenden, gasdurchströmten, dichten Schüttungen verlässliche Messdaten zu generieren,• Bereitstellung von Messdaten (Strömungsfeld, Temperatur, Konzentrationen, Partikeltrajektorien) zur Aufklärung von Phänomenen und zur Überprüfung von Modellansätzen für reagierende, gasdurchströmte Schüttungen,• Herleitung von Modellen, die eine quantitative Beschreibung der zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Phänomene zulassen und zwar von der Mikroskala (z.B. turbulente Wirbel, lokale Vorgänge im Partikel) bis hin zur Systemskala (z.B. Produktqualität),• Entwicklung eines Modellrahmens auf Basis der Diskreten Elemente Methode (DEM), um diese Prozesse lokal und zeitlich aufgelöst beschreiben zu können und damit die Grundlage zu legen, diese technisch sicher zu beherrschen und zu optimieren. Hierbei ist zu beachten, dass die DEM zwar für die reine Schüttgutmechanik inzwischen ein bewährtes Werkzeug darstellt, die notwendige, umfangreiche Methodenentwicklung, um chemisch reagierende Prozesse mit DEM zu beschreiben, sich aber erst in den Anfängen befindet und die Anforderungen weit über die Schüttgutmechanik hinausgehen.

• DFG-Verfahren: Transregios
• Internationaler Bezug: Frankreich

Laufende Projekte

• A01 - Experimentelle Untersuchung von Strömungsfeldern in den Zwischenräumen kugelförmiger Partikelschüttungen mithilfe Ray-Tracing-basierter Rekonstruktion“ (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Lessig, Christian ;  Zähringer, Katharina )
• A02 - Messung des 3D-Strömungsfelds von Gasen in granularen Medien mittels hyperpolarisierter Magnetresonanztomographie (Teilprojektleiter Hövener, Jan-Bernd ;  Speck, Oliver )
• A03 - Experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung von Flamme und Partikeln in Schüttungen (Teilprojektleiter Beyrau, Frank ;  Fond, Benoît )
• A04 - Lattice-Boltzmann-Simulationen der reagierenden Gasströmung in ruhenden und bewegten Schüttungen kleiner Abmessungen mit Partikeln komplexer Form (Teilprojektleiter Thévenin, Dominique ;  Varnik, Fathollah )
• B01 - Partikeltracking mittels Mikrowellen Multiple Input Multiple Output (MIMO)-Systemen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Musch, Thomas ;  Rolfes, Ilona )
• B02 - Kontaktwärmeübergang und Wärmeleitung in Schüttungen aus kantigen Partikeln (Teilprojektleiter Tsotsas, Evangelos )
• B03 - Wärmetransport in DEM/CFD durch Strahlung zwischen nicht-homogen verteilten, polydispersen, bewegten und regierenden Partikeln komplexer Form (Teilprojektleiter Schiemann, Martin ;  Wirtz, Siegmar )
• B04 - Adaptive Poren-Netzwerkmodelle für thermochemische Prozesse in porösen Partikeln (Teilprojektleiter Kharaghani, Ph.D., Abdolreza )
• C01 - Tracking von Partikeln und Gasen in Schüttungen auf Basis der Positronen Emissionstomographie (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Fritsch, Miriam ;  Wiedner, Ulrich )
• C02 - Strahlvermischung und Schüttguterwärmung in Festbettreaktoren (Teilprojektleiter Beyrau, Frank ;  van Wachem, Ph.D., Berend )
• C03 - Interaktion von Wärmeübergang, Trocknung und thermochemischen Prozessen in einer Herdofenetage (Teilprojektleiter Scherer, Viktor )
• C04 - Modellreduktion und Parameterschätzung bei Einzelpartikelmodellen für gekoppelte DEM/CFD-Simulationen (Teilprojektleiter Mönnigmann, Martin )
• C05 - Ein neuer Kopplungsansatz für DEM/CFD-Simulationen unter Berücksichtigung der heterogegen und anisotropen Natur von Schüttungen (Teilprojektleiter van Wachem, Ph.D., Berend )
• C06 - Hybrides Modell für die Grenzfläche zwischen dichter Schüttung und Freiraum stromab des Bettes“ (Teilprojektleiterin di Mare, Francesca )
• C07 - Numerische Simulation bewegter, reagierender gasdurchströmter Schüttungen (Teilprojektleiter Scherer, Viktor ;  Wirtz, Siegmar )
• MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Mönnigmann, Martin ;  Zähringer, Katharina )
• S - Verwaltung der BULK-REACTION DEM/CFD Simulationsplattorm (Teilprojektleiterin di Mare, Francesca )
• Z01 - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Scherer, Viktor )

• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Mitantragstellende Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Beteiligte Hochschule: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Viktor Scherer