Untersuchung und Modellierung des Verhaltens nicht-sphärischer Partikel in turbulenten Gasströmungen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Martin Sommerfeld
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2002 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5367681

Im Rahmen des vorgesehenen Forschungsvorhabens soll das Euler/Lagrange-Verfahren zur numerischen Berechnung partikelbeladener Strömungen für die Berücksichtigung von nicht-sphärischen Partikeln erweitert werden. Dabei werden träge Partikel in einer Gasströmung betrachtet, deren Reynoldszahl deutlich größer als eins ist. Dies beinhaltet, daß die Modelle zur Beschreibung der turbulenten Dispersion, der Berechnung von Wandkollisionen, als auch der Partikelkollisionen für nicht-sphärische Partikel modifiziert und erweitert werden müssen. Partikelkollisionen, als auch die Turbulenzbeeinflussung werden Gegenstand der zweiten Antragsperiode sein. Bei der Modellierung der Bewegung nicht-sphärischer Partikel in turbulenten Strömungen werden drei Ansätze verfolgt: Verwendung von Widerstandsbeiwerten aus der Literatur für unterschiedliche Partikelformen in Abhängigkeit der Sphärizität; Überlagerung einer stochastischen Variation der Partikelorientierung, um Schwankungen des Widerstandes zu modellieren, zusätzliche Berechnung der Partikelorientierung in der Strömung. Die Berechnung des Wandkollisionsvorgangs basiert auf der Lösung der Impulsgleichungen in Verbindung mit dem Coulombschen Reibungsgesetz. Statistische Parameter für die Modellierung der Orientierung beim Aufprall werden durch kinetische Simulationen erhalten. Zur Entwicklung und Validierung der Modelle für die betrachteten Mikroprozesse sind experimentelle Untersuchungen unerläßlich. In einer vorhandenen vertikal-aufwärts gerichteten Gitterturbulenz wird das Bewegungsverhalten verschiedener nichtsphärischer Partikel in der Turbulenz untersucht. Hierfür wird ein abbildendes PIV-System genutzt. Die experimentellen Arbeiten in dem vorhandenen horizontalen Flachkanal sollen sich auf die Analyse des Wandstoßvorgangs mittels eines StrichlinienVerfahrens konzentrieren. Weiterhin werden mittels LDA Profile der Partikeleigenschaften gemessen, um die Modelle in ihrer Gesamtheit zu validieren.

• DFG Programme: Research Grants