Dünnbesetzte Partikel-Methoden für die Feststoffverbrennung

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver T. Stein
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450158108

Die Feststoffverbrennung, insbesondere die Verbrennung von Biomasse und Kohle, steuert einen erheblichen Anteil zum weltweiten Energieverbrauch und zum Schadstoffausstoß bei. Für höhere Prozesswirkungsgrade und zur Verminderung der Umweltverschmutzung werden verlässliche Simulationswerkzeuge für die Vorhersage von Feststoffflammen benötigt. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist ein effizientes aber dennoch sehr genaues Modell zur Vorhersage von Feststoffflammen im Kontext einer dünnbesetzten Partikelmethode für die Grobstruktursimulation (LES). Das Modell wird für Euler/Lagrange/Lagrange-Methoden entwickelt, die die Navier-Stokes Gleichungen im Euler’schen Bezugssystem lösen und eine erste Lagrange’sche Partikelwolke für die Modellierung der trägen Feststoffpartikel verwenden. Eine zweite Partikelwolke besteht aus masselosen stochastischen Partikeln, welche die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (PDF) der reagierenden Skalare repräsentieren. Zur Abbildung des Wärme- und Stoffaustauschs zwischen den Phasen müssen die beiden Partikelsets geeignet gekoppelt werden, was den Fokus dieser Arbeit ausmacht. Zunächst werden separate Kopplungsansätze für die heterogenen Prozesse Pyrolyse und Feststoffumsatz entwickelt, gefolgt von einem verallgemeinerten Modell für die gesamte Feststoffverbrennung. Die Entwicklung des neuen PDF-LES Modells wird durch Direkte Numerische Simulationen (DNS) gestützt, welche die relevante Physik Schritt für Schritt berücksichtigen. Das allgemeine Modell wird anhand des Vergleichs der Modellvorhersagen mit verlässlichen (Laser-)Messungen validiert. Diese Arbeit wird die Genauigkeit vorhandener Vorhersagemethoden für turbulente reaktive Gas-/Feststoffströmungen signifikant erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andreas Kronenburg