Deutsche Forschungsgemeinschaft
SPP 1679
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Dynamische Simulation technischer Fällproze

Institut:              Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

                               

Projektleiter:        Prof. Dr.-Ing. Matthias Kind, KIT

Bearbeiter:           Dipl.-Ing. Lukas Metzger, KIT                                              

Projektziel

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer multivariaten Methode zur Simulation technischer Fällungsprozesse. Dabei sollen gezielt vorhandene Defizite bei der zeitlichen und lokalen Auflösung vorhandener CFD-Modelle für den technischen Maßstab minimiert werden.

Das Vorhaben nimmt Abstand von der etablierten rein CFD-internen Kopplung von Strömungsmechanik und Populationsbilanzmodellierung, die nur eine parallelisierte Zeitskalenrechnung im Maßstab von Sekunden zulässt. Vielmehr soll eine dynamisch- vernetzte Methodik entwickelt werden, die ein alternierendes Wechselspiel zwischen den zwei zeitskalenentkoppelten Modulen CFD und Populationsbilanz zulässt.

Mittels der CFD-Strömungssimulation wird das transiente Strömungs- und Übersättigungsfeld im Apparat ermittelt. Unter Verwendung von Fundamentalkinetiken für Keimbildung, Wachstum und Aggregation können so über den Apparat gemittelte Wachstums-, Keimbildungs- und Aggregationsraten ermittelt werden. Diese Raten sollen an eine populationsdynamische Rechnung übergeben werden, mit der weitskaligere Prozesszeiten von einigen Minuten bis Stunden vorausberechnet werden können. Die neu entstandenen Prozesszustände und die Größe der Partikelphase werden schließlich wieder an die CFD Rechnung zurückgegeben. Dabei besteht durch die Bereitstellung der Raten aus der CFD auch die Möglichkeit, die Populationsbilanzrechnung-Rechnung in das übergeordnete SPP-"Rahmensystem für die dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse" zu integrieren.

Weiterer wesentlicher Konzeptbaustein der zu entwickelten Methodik ist die sinnvolle Abstraktion technischer Reaktoren in prozessbestimmende Kompartments, d.h. vernetzte Bilanzräume, die eine vollständige Beschreibung des Gesamtsystems zulassen. So sollen mit der Methodik neben der bereits erwähnten hohen zeitlichen Flexibilität auch große lokal nicht aufzulösende Bilanzräume bewältigt werden.

Arbeitsprogramm

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer multivariaten Methode zur Simulation technischer Fällungsprozesse. Dabei sollen gezielt vorhandene Defizite bei der zeitlichen und lokalen Auflösung vorhandener CFD-Modelle für den technischen Maßstab minimiert werden.

Das Vorhaben nimmt Abstand von der etablierten rein CFD-internen Kopplung von Strömungsmechanik und Populationsbilanzmodellierung, die nur eine parallelisierte Zeitskalenrechnung im Maßstab von Sekunden zulässt. Vielmehr soll eine dynamisch- vernetzte Methodik entwickelt werden, die ein alternierendes Wechselspiel zwischen den zwei zeitskalenentkoppelten Modulen CFD und Populationsbilanz zulässt.

Mittels der CFD-Strömungssimulation wird das transiente Strömungs- und Übersättigungsfeld im Apparat ermittelt. Unter Verwendung von Fundamentalkinetiken für Keimbildung, Wachstum und Aggregation können so über den Apparat gemittelte Wachstums-, Keimbildungs- und Aggregationsraten ermittelt werden. Diese Raten sollen an eine populationsdynamische Rechnung übergeben werden, mit der weitskaligere Prozesszeiten von einigen Minuten bis Stunden vorausberechnet werden können. Die neu entstandenen Prozesszustände und die Größe der Partikelphase werden schließlich wieder an die CFD Rechnung zurückgegeben. Dabei besteht durch die Bereitstellung der Raten aus der CFD auch die Möglichkeit, die Populationsbilanzrechnung-Rechnung in das übergeordnete SPP-"Rahmensystem für die dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse" zu integrieren.

Weiterer wesentlicher Konzeptbaustein der zu entwickelten Methodik ist die sinnvolle Abstraktion technischer Reaktoren in prozessbestimmende Kompartments, d.h. vernetzte Bilanzräume, die eine vollständige Beschreibung des Gesamtsystems zulassen. So sollen mit der Methodik neben der bereits erwähnten hohen zeitlichen Flexibilität auch große lokal nicht aufzulösende Bilanzräume bewältigt werden.