Zwei-, Drei- und Vier-Wege-Kopplung suspendierter länglicher Partikel in turbulenten Strömungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Sommerfeld; Professor Dr. Berend van Wachem
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448292913

Die Handhabung von Pulvern in industriellen Prozessen ist ein gängiger Vorgang, bei dem Partikel in Gas oder Flüssigkeit durch verschiedene Anlagenteile wie Kanäle, Rohre, Mischbehälter und Abscheideapparate transportiert werden. Bei diesen Prozessen handelt es sich meist um hochturbulente und wandbegrenzte Mehrphasenströmungen mit in der Regel unregelmäßig geformten Partikeln. Dies ist eine große Herausforderung für numerische Berechnungen solcher Prozesse, die ständig an Bedeutung gewinnen. Hier gilt es, genaue Modelle zur Beschreibung des Partikelverhaltens zu entwickeln. Trotz jahrelanger Forschung gibt es immer noch keine schlüssige Beschreibung für das Bewegungsverhalten von nicht-sphärischen Partikeln in allen turbulenten Strömungsregimen. Infolgedessen gehen die meisten Auslegungsregeln und numerischen Simulationen davon aus, dass die Partikel kugelförmig sind, was meist eine sehr grobe Annahme ist.Ziel dieses Projektvorschlags ist es, Modelle weiterzuentwickeln, die die Berechnung großräumiger turbulenter Strömungen mit länglichen nicht-sphärischen Partikeln unter Verwendung der Punktpartikelannahme ermöglichen. Dies wird durch den Euler/Lagrange-Ansatz unter Einbeziehung von LES- und RANS-Methoden realisiert. Bei der Modellierung stehen im Vordergrund die Rückwirkung der Partikel auf die Strömung, die fluiddynamische Wechselwirkung und die Kollision zwischen länglichen nicht-sphärischen Partikeln. Diese Modelle werden auf elementaren Grundlagen beruhen und mit Hilfe von partikelaufgelösten direkten numerischen Simulationen (PR-DNS) hergeleitet. Parallel dazu werden für die Validierung dreidimensionale Messungen in einer Kanalströmung mit Querstrahl, welche mit fasrigen Partikeln beladen sind, durchgeführt. Durch die entwickelten Modelle wird es schließlich möglich sein, industrielle Prozesse, die mit nicht-sphärischen Partikeln beladen sind viel besser vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen