Numerische und experimentelle Untersuchung des Filtrations-, Koaleszenz- und Transportverhaltens bei der Flüssig-Gas Abscheidung unter besonderer Berücksichtigung mechanischer Schwingungsanregung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Achim Dittler; Professor Dr.-Ing. Uwe Janoske
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499469405

Koaleszenzfilter sind etablierte Elemente der Filtrationstechnik, die zur Tröpfchenabscheidung verwendet werden. Die dabei wirkenden Mechanismen und deren Abhängigkeit von Betriebsparametern, Materialparametern und weiteren Faktoren, wie bspw. der geometrischen Anordnung der Filterelemente, führen zu komplexen Zusammenhängen, die bei der Auslegung eines Koaleszenzfilters hinsichtlich Gesamtabscheidegrad und Druckverlust zu berücksichtigen sind. In vergangenen und aktuellen Forschungsvorhaben konnten bereits einige Einflüsse auf das Abscheideverhalten von Koaleszenzfiltern untersucht werden. In der Arbeitsgruppe Gas-Partikel-Systeme des Karlsruher Instituts für Technologie wurden insbesondere unterschiedliche Aspekte zu Betriebsbedingungen, strukturellen Eigenschaften des Mediums (Benetzbarkeit, Medienstärke, Porositäten, Porositätsverteilungen) bei der Ölnebelfiltration untersucht. Ebenso wie bei diesen Arbeiten wurden auch in der Literatur stets statische (nicht bewegte) Filterelemente betrachtet. Aus bereits existierenden Untersuchungen wird deutlich, dass eine Anregung des Filters die wirkenden Mechanismen bzw. Prozessschritte der Filtration maßgeblich beeinflussen kann. Zu den Prozessschritten bei der Filtration von Tröpfchen aus der Gasphase gehören das Abscheiden der Tropfen auf der Faser, die Bildung von Fluidfilmen und das Ablaufen bzw. Ablösen der Tropfen entlang des Filterelements. Beim Prozess des Ablaufens wird die Flüssigphase entlang des Filterelements transportiert, beim Ablösen findet ein Wiedereintrag in die Gasphase statt. Der hier vorliegende Antrag soll die Auswirkungen (periodisch) angeregter Filterelemente auf die Abscheidung von Tröpfchen, deren Koaleszenzverhalten sowie Ablauf-/Ablöseverhalten ausgehend von der Mikroebene systematisch untersuchen. Hierbei werden numerische und experimentelle Untersuchungen miteinander verknüpft. Beginnend mit der Betrachtung eines einzelnen Tropfens auf einer vibrierenden Einzelfaser werden die Untersuchungen auf zwei interagierende Tropfen sowie eine Tropfenkette auf einer vibrierenden Einzelfaser ausgeweitet.Ziel der Untersuchungen ist die Beschreibung des Bewegungsverhalten eines Tropfens und das damit verbundene Ablauf-/Ablöseverhalten bei verschiedenen Anregungen, Fasereigenschaften und Tropfengrößen. Zusätzlich werden selbige Studien unter dem Aspekt der Koaleszenz zweier bzw. mehrerer Tropfen ausgeweitet. Erkenntnisse über angeregte Koaleszenzfilter können einen wesentlichen Beitrag zur Optimierung des Druckverlustverlaufs und des Abscheideverhaltens liefern. Hierfür ist in einer zweiten Projektphase die Ausweitung auf die Meso- und Makroebene geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen