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Smart Filter Media in Gas-Particle-Filtration: Fundamental investigations with stretchable filters

Subject Area Mechanical Process Engineering
Term from 2019 to 2024
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 427981860
 
Final Report Year 2024

Final Report Abstract

Das Ziel der beiden Förderperioden (FP) bestand darin, das Verhalten von abgeschiedenen Partikelstrukturen in Abhängigkeit von veränderlichen Prozessparametern wie Dehngeschwindigkeit oder Anströmgeschwindigkeit während der Dehnung auf einer dehnbaren Einzelfaser (Mikroebene) und dem Faserarray (Mesoebene) zu untersuchen. Um eine reproduzierbare kompakte oder dendritische Partikelstruktur auf der Faseroberfläche zu erzeugen und die abgelösten Partikelstrukturen durch Lichtstreuung zu detektieren/quantifizieren, wurden neben den entsprechenden Faserhaltern auch eigene messtechnische Anlagen entwickelt und in Betrieb genommen. Vor der eigentlichen Ablösung ergaben sich charakteristische Rissmuster mit Abständen von ca. 400 µm auf der Einzelfaser und dem Faserarray, die auch in der DEM-Simulation mit real gemessenen Haftkräften bestätigt werden konnten. Zudem wurde eine signifikante Abhängigkeit der abgelösten Strukturgröße von der Anzahl der Dehnzyklen und der Anströmgeschwindigkeit festgestellt. Höhere Dehngeschwindigkeiten und Anströmgeschwindigkeiten führen zu einem früheren Ablösezeitpunkt im Dehnexperiment bei geringerem Dehnfortschritt. Eine große Menge an Partikelmaterial (gecloggte Struktur) erhöht unabhängig von der Morphologie die abgelöste Strukturgröße auf der Einzelfaser und dem Faserarray. Wie erwartet können durch multiple Spannungseinträge (Änderung des Faserabstands während der Dehnung) in die Partikelstruktur oder eine veränderte Ausrichtung der Fasern und der Anströmung Strukturen schneller aufgebrochen und letztendlich abgelöst werden. Die gewonnenen Erkenntnisse über das grundlegende Verhalten von Partikelstrukturen unter Dehnung sollen bei der Entwicklung und dem Betrieb eines adaptiven Vollfilters helfen.

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