Entwicklung eines Modells für den triboelektrischen Ladungsaustausch während Kollisionen zwischen Partikeln

• Antragsteller: Dr.-Ing. Holger Grosshans
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562343622

Elektrostatische Aufladung hat erhebliche Auswirkungen auf die industrielle Pulververarbeitung und führt zu Fouling, Explosionen und anderen Verlustprozessen. Es gibt jedoch kein validiertes Modell der elektrostatischen Aufladung von Partikeln, das in CFD-Simulationen implementiert werden kann. Viele Experimente und Projekte versuchen, Modelle für die Partikel-Wand Aufladung abzuleiten. Kontrollierte Experimente zum Ladungsaustausch während Partikel-Partikel Kollisionen, bei denen beide sich berührenden Objekte mit hoher Geschwindigkeit fliegen, sind jedoch viel schwieriger zu realisieren. Folglich ist kein zuverlässiges Modell für die Partikel-Partikel Aufladung verfügbar. Dieses vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die Technologien, Modelle und das einzigartige Fachwissen zur Partikel-Wand Aufladung, die im Rahmen unseres ERC-Projekts erarbeitet wurden, auf die Partikel-Partikel Aufladung zu übertragen. Der erste Schritt umfasst die Entwicklung eines neuartigen Partikel-Partikel Aufladungsgeräts. Durch den Einsatz von akustischer Levitation, um einen der beiden Partikel in einer festen Position zu halten, wollen wir eine höhere Kollisionserfolgsrate als frühere Methoden erreichen. Als nächstes werden wir auf der Grundlage der experimentellen Daten dieses Geräts ein neues Partikel-Partikel Lademodell formulieren und es in unser Open-Source-CFD-Tool pafiX implementieren. Schließlich werden wir die Simulationen mit unserer pneumatischen Transportanlage validieren. Diese Anlage ist mit neuer Messtechnologie ausgestattet, die elektrostatische Ladungen räumlich auflösen kann – eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen integralen Ladungsmessungen. Auf diese Weise wird ein hohes Maß an Validierung der CFD-Simulationen gewährleistet. Bei diesem Projekt werden wir mit führenden Experten auf dem Gebiet zusammenarbeiten, darunter Professor Poupak Mehrani (Universität Ottawa), eine Pionierin auf dem Gebiet der Partikel-Partikel-Ladeexperimente. Außerdem nehmen wir Professor Alberto Passalacqua (Iowa State University, USA) als Mercator Fellow auf, der eine der führenden Gruppen für die CFD-Modellierung von Wirbelschichten leitet. Zusammen werden diese Partnerschaften die Wirkung und Anwendbarkeit der Projektergebnisse erhöhen. Das vorgeschlagene Partikel-Partikel Aufladungsmodell schliesst eine kritische Lücke in der numerischen Modellierung partikelbeladener Strömungen und kann die Sicherheit und Nachhaltigkeit industrieller Prozesse verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Poupak Mehrani; Professor Dr. Alberto Passalacqua