Charakterisierung des Stoffübergangs von Sauerstoff in Blasensäulen: Entwicklung optisch-experimenteller und numerischer Euler-Euler Methoden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Roland Rzehak; Dr.-Ing. Katharina Zähringer
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423761470

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Wesentliche Ergebnisse dieses Projektes waren zum einen die Ertüchtigung der quell-offenen Software der OpenFOAM-Foundation zur Simulation von Stofftransportvorgängen in Blasenströmungen (Gruppe Rzehak), die jetzt auch bislang nicht betrachtete Abhängigkeiten wie eine zeitveränderliche Zusammensetzung der Blasen berücksichtigt. Zum anderen wurde eine experimentelle Datenbank hoher Güte für eine Blasensäule mit Gegenstrom aufgebaut (Gruppe Zähringer), welche Fluid-Dynamik und Stofftransport für eine Vielzahl von Betriebsparametern charakterisiert. Schließlich wurde ein Vergleich von Simulationsergebnissen und Messdaten durchgeführt, der Aufschluss über die derzeit erreichte Vorhersagegüte gibt und eine Konkretisierung weiteren Forschungsbedarfs auf dem Gebiet des Stofftransports in Blasenströmungen erlaubt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Experimental investigation of mass transfer in a bubble column, ERCOFTAC Autumn Festival, 10th Oct. 2019, Magdeburg, invited lecture
  Kováts, P., Thévenin, D. & Zähringer, K.
  
• Simulation of mass transfer in bubble columns, 18th HZDR Multiphase Flow Conference, 2021, online, Poster 49
  Khan, H. & R. Rzehak, R.
  
• Simulation of mass transfer in bubble columns, BASF Summer School, 2021, Poster
  Khan, H.
  
• Effect of Bubble Dynamics and Liquid Viscosity in Reactive Bubble Columns, 4th Int. Symp. on Multiscale Multiphase Process Eng., paper P-45, 2022, Berlin
  Taborda, M., Sommerfeld, M., Kováts, P., Dreher, A. & Zähringer, K.
  
• Flow around bubbles: 3D measurement concept with high-speed tomographic system, Conf. on Modelling Fluid Flow, 2022, Budapest, pp. 34/1-8
  Müller, C., Chang, Y., Kováts, P., Zähringer, K. & Thévenin, D.
  
• Fluid dynamics in a countercurrent bubble column: experiments and simulations. Conf. on Modelling Fluid Flow, Budapest, 32/1-8, 2022
  Kováts, P., Zähringer, K., Khan, H., Rzehak, R. & Thévenin, D.
  
• Investigation of Fluid-dynamics and Mass-transfer in a bubbly mixing layer by Euler-Euler simulation. Chemical Engineering Science, 264, 118147.
  Kappelt, Carolin & Rzehak, Roland
  
• Simulation of mass transfer in bubble columns, 14th European Fluid Mechanics Conference, 2022, Athens
  Khan, H. & R. Rzehak, R.
  
• Simulation of mass transfer in bubble columns, DECHEMA Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Mehrphasenströmungen, 2022, Poster P1.11
  Khan, H. & R. Rzehak, R.
  
• Statistical Analysis Of Bubble Parameters From A Model Bubble Column With And Without Countercurrent Flow. Proceedings of the International Symposium on the Application of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics, 20, 1-20.
  Kováts, P. & Zähringer, K.
  
• The influence of liquid properties on flow structure, bubble dynamics and mass transfer in a laboratory bubble column: Experimental analysis versus numerical modelling and computation. Chemical Engineering Research and Design, 185, 51-72.
  Taborda, Manuel A.; Kováts, Peter; Zähringer, Katharina & Sommerfeld, Martin
  
• Euler-Euler simulation of absorption and desorption in co- and counter-current bubble column flows. Chemical Engineering Science, 267, 118313.
  Khan, Haris; Lehnigk, Ronald & Rzehak, Roland
  
• Hydrodynamics and shape reconstruction of single rising air bubbles in water using high-speed tomographic particle tracking velocimetry and 3D geometric reconstruction. Experiments in Fluids, 65(1).
  Chang, Yingjie; Müller, Conrad; Kováts, Péter; Guo, Liejin & Zähringer, Katharina
  
• HZDR Multiphase Addon for OpenFOAM (Version 10-s.1-hzdr.3). Rodare.
  Schlegel, F. et al.
  
• Multiphase Cases Repository by HZDR for OpenFOAM Foundation Software. Rodare.
  Hänsch, S. et al.
  
• Study of hydrodynamics in a counter current bubble column, 11th Int. Conference on Multiphase Flow, 2023, Kobe, Japan, paper #314
  Khan, H., Rzehak, R., Kováts, P. & Zähringer, K.
  
• Experimental and numerical investigation of a counter-current flow bubble column. Chemical Engineering Science, 285, 119503.
  Khan, Haris; Kováts, Péter; Zähringer, Katharina & Rzehak, Roland