Der Koksumsatz ist der langsamste Schritt bei der Feststoffvergasung und bestimmt wesentlich die Auslegung entsprechender Anlagen. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der experimentellen Untersuchung und numerischen Simulation der Festbettvergasung von Koks. Mit einem neuen Festbettvergaser im Labormaßstab wird die allotherme Vergasung mit Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei bis zu 5 bar und 1200°C untersucht. Die spezifische Oberfläche steigt bei der Vergasung in Regime I monoton an. Dabei nimmt das Volumen der Schüttung spätestens ab etwa 50 % Umsatz kontinuierlich ab. Die kinetischen Parameter für einen Ansatz n-ter Ordnung und einen nach Langmuir und Hinshelwood werden parallel auch mit einer Druckthermowaage bestimmt. Bei den relevanten Partialdrücken und Temperaturen ist der Unterschied zwischen beiden Ansätzen gering. Bei 1200°C in Regime II wird schließlich eine Variation der Versuchsparameter durchgeführt. Parallel zu den Experimenten wird eine Simulation mit der kommerziellen Software Ansys Fluent für die numerische Strömungsmechanik aufgebaut, in welche durch eigenen Code verschiedene Partikelmodelle eingefügt werden. Neben der etablierten analytischen Näherungslösung mit dem Thiele-Modul wird eine numerische Lösung implementiert, bei der Profile der Dichte, Porosität und spezifischen Oberfläche entlang des Partikeldurchmessers, zwei Porengrößen und außerdem eine exakte Lösung für die verwendeten Reaktionsansätze ermöglicht werden. Schließlich werden die Experimente bei hohen Temperaturen nachsimuliert. Ein erweitertes Porenmodell mit großen und angeschlossenen, kleinen Poren kann die Experimente bei veränderter Partikelgröße besser erklären. Der Ansatz n-ter Ordnung ist bei der Reduktion des Partialdrucks dem Ansatz nach Langmuir und Hinshelwood überlegen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Der Koksumsatz ist der langsamste Schritt bei der Feststoffvergasung und bestimmt wesentlich die Auslegung entsprechender Anlagen. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der experimentellen Untersuchung und numerischen Simulation der Festbettvergasung von Koks. Mit einem neuen Festbettvergaser im Labormaßstab wird die allotherme Vergasung mit Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei bis zu 5 bar und 1200°C untersucht. Die spezifische Oberfläche steigt bei der Vergasung in Regime I monoton an. Dabei nimmt das Volumen der Schüttung spätestens ab etwa 50 % Umsatz kontinuierlich ab. Die kinetischen Parameter für einen Ansatz n-ter Ordnung und einen nach Langmuir und Hinshelwood werden parallel auch mit einer Druckthermowaage bestimmt. Bei den relevanten Partialdrücken und Temperaturen ist der Unterschied zwischen beiden Ansätzen gering. Bei 1200°C in Regime II wird schließlich eine Variation der Versuchsparameter durchgeführt. Parallel zu den Experimenten wird eine Simulation mit der kommerziellen Software Ansys Fluent für die numerische Strömungsmechanik aufgebaut, in welche durch eigenen Code verschiedene Partikelmodelle eingefügt werden. Neben der etablierten analytischen Näherungslösung mit dem Thiele-Modul wird eine numerische Lösung implementiert, bei der Profile der Dichte, Porosität und spezifischen Oberfläche entlang des Partikeldurchmessers, zwei Porengrößen und außerdem eine exakte Lösung für die verwendeten Reaktionsansätze ermöglicht werden. Schließlich werden die Experimente bei hohen Temperaturen nachsimuliert. Ein erweitertes Porenmodell mit großen und angeschlossenen, kleinen Poren kann die Experimente bei veränderter Partikelgröße besser erklären. Der Ansatz n-ter Ordnung ist bei der Reduktion des Partialdrucks dem Ansatz nach Langmuir und Hinshelwood überlegen.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Der Koksumsatz ist der langsamste Schritt bei der Feststoffvergasung und bestimmt wesentlich die Auslegung entsprechender Anlagen. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der experimentellen Untersuchung und numerischen Simulation der Festbettvergasung von Koks. Mit einem neuen Festbettvergaser im Labormaßstab wird die allotherme Vergasung mit Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei bis zu 5 bar und 1200°C untersucht. Die spezifische Oberfläche steigt bei der Vergasung in Regime I monoton an. Dabei nimmt das Volumen der Schüttung spätestens ab etwa 50 % Umsatz kontinuierlich ab. Die kinetischen Parameter für einen Ansatz n-ter Ordnung und einen nach Langmuir und Hinshelwood werden parallel auch mit einer Druckthermowaage bestimmt. Bei den relevanten Partialdrücken und Temperaturen ist der Unterschied zwischen beiden Ansätzen gering. Bei 1200°C in Regime II wird schließlich eine Variation der Versuchsparameter durchgeführt. Parallel zu den Experimenten wird eine Simulation mit der kommerziellen Software Ansys Fluent für die numerische Strömungsmechanik aufgebaut, in welche durch eigenen Code verschiedene Partikelmodelle eingefügt werden. Neben der etablierten analytischen Näherungslösung mit dem Thiele-Modul wird eine numerische Lösung implementiert, bei der Profile der Dichte, Porosität und spezifischen Oberfläche entlang des Partikeldurchmessers, zwei Porengrößen und außerdem eine exakte Lösung für die verwendeten Reaktionsansätze ermöglicht werden. Schließlich werden die Experimente bei hohen Temperaturen nachsimuliert. Ein erweitertes Porenmodell mit großen und angeschlossenen, kleinen Poren kann die Experimente bei veränderter Partikelgröße besser erklären. Der Ansatz n-ter Ordnung ist bei der Reduktion des Partialdrucks dem Ansatz nach Langmuir und Hinshelwood überlegen.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Aktualisiert: 2023-04-11
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-02
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Katja Nording stellt eine neue Simulationsprozesskette vor, die die Kopplung der dieselmotorischen Ladungswechsel-, Düseninnenströmungs- und Gemischbildungssimulation erlaubt. Hierbei wird das nach dem Ladungswechsel im Brennraum vorliegende Strömungsfeld zur Initialisierung der Gemischbildungs- und Verbrennungssimulation auf das Brennraumnetz projiziert. Für die Initialisierung der Einspritzstrahlen wird auch der Düsenaustritt lokal aufgelöst, indem das Ergebnis einer Düseninnenströmungssimulation genutzt wird. Ergebnis der neuen Simulationsmethodik ist ein realistisches Drall- und Turbulenzniveau, das bei der Initialisierung einer Drallströmung mit idealer zentraler Achse oder gar durch den Einsatz von Sektornetzen nicht erreicht werden kann.
Aktualisiert: 2023-04-02
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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Methodik zur Optimierung der Gemischbildung unter Verwendung folgender Werkzeuge: CFD Simulation und optische Messtechnik. Es wird gezeigt, dass das Messverfahren der laserinduzierten Fluoreszenz in endoskopischer Ausführung zielführend für die Erfassung des Luftverhältnisses in der seriennahen Motorenentwicklung ist. Dieses Verfahren wird detailliert beschrieben und die Ergebnisgröße ʎ hergeleitet. Außerdem findet eine Charakterisierung des verwendeten Tracers und eine Bewertung der Messgenauigkeit mittel thermodynamischer Prozessanalyse und CFD Simulation statt. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit und der direkten Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit der CFD Simulation wird das DGV-Messverfahren für die Erfassung der Strömungsfelder verwendet. Es werden Messungen anhand gemittelter ʎ-Verteilungen, Kenngrößen zur quantitativen Beschreibung der Gemischbildung und thermodynamischer Größen der Verbrennung vorgestellt. Die optischen Messungen zur Erfassung der ʎ-Verteilung sind außerdem die Basis für den Aufbau und die Validierung eines CFD Modells. Nach konventioneller Methode zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Simulation und der Messung. Mit Hilfe der optischen Messungen konnte die Abbildungsgüte des Modells deutlich verbessert werden.
Mit Hilfe des kalibrierten Modells wird eine Anpassung der Simulation des Kraftstoffsprays vorgenommen und damit der Gemischzustand zum Zündzeitpunkt bezüglich Homogenität und Gemischzusammensetzung am Zündort deutlich verbessert.
Aktualisiert: 2020-08-03
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Aktualisiert: 2023-04-03
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Katja Nording stellt eine neue Simulationsprozesskette vor, die die Kopplung der dieselmotorischen Ladungswechsel-, Düseninnenströmungs- und Gemischbildungssimulation erlaubt. Hierbei wird das nach dem Ladungswechsel im Brennraum vorliegende Strömungsfeld zur Initialisierung der Gemischbildungs- und Verbrennungssimulation auf das Brennraumnetz projiziert. Für die Initialisierung der Einspritzstrahlen wird auch der Düsenaustritt lokal aufgelöst, indem das Ergebnis einer Düseninnenströmungssimulation genutzt wird. Ergebnis der neuen Simulationsmethodik ist ein realistisches Drall- und Turbulenzniveau, das bei der Initialisierung einer Drallströmung mit idealer zentraler Achse oder gar durch den Einsatz von Sektornetzen nicht erreicht werden kann.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Ein multiscale Simulationsmodell wird durch Kombination von CFD-Simulation und den Populationsbilanzen entwickelt, um einen instationären Prozess der Wirbelschicht-Sprühgranulation zu beschreiben. Die CFD-Simulation generiert in diesem Modell die Partikelwachstumsraten bzw. Keimbildungsraten unter Berücksichtigung von Fluiddynamik, Trocknung und vielfältigen Wechselwirkungen, wie Tropfenabscheidung, Staubeinbindung und Keimbildung, zwischen verschiedenen Partikeln (Tropfen, Staub und Granulate).
Aktualisiert: 2021-02-11
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Computergestützte Simulationsrechnungen können ein wirksames Hilfsmittel sein, um schon in der Planung durch die geschickte Kombinationen von problemangepassten Maßnahmen Brandauswirkungen zu begrenzen. Diese schutzzielorientierte Vorgehensweise ermöglicht prinzipiell die Entwicklung von individuellen Problemlösungen in der Planungsphase. Sowohl unser Wissen über die bei den Bränden ablaufenden Prozesse, als auch die zu ihrer Darstellung verfügbaren Rechenleistungen sind jedoch begrenzt. Die Simulations-methoden kommen daher nicht ohne vereinfachende Annahmen aus. Vertrauenswürdige Simulationsergebnisse erfordern deshalb von den Verantwortlichen ein akribisches Vorgehen und sehr spezielle Fachkenntnisse. Insbesondere dann, wenn auf Basis von Simulationsergebnissen für den betrachteten Einzelfall Erfahrungswerte, wie z.B. maximale Fluchtweglängen oder Gebäudeeindringtiefen von Feuerwehreinsatzkräften, vernachlässigt werden.
Wie aber kann eine gründliche Überprüfung und Absicherung durchgeführt werden? Das vorliegende Fachbuch beschreibt hierfür erstmalig nicht nur ein umfassendes Konzept, sondern zeigt die Notwendigkeit der Konzeptbestandteile auch anhand von einfachen Beispielen. Namhafte Experten aus dem Brandingenieurwesen und der numerischen Strömungsmechanik loben die fachübergreifenden Ausführungen und Darstellungen als sehr gelungen und hilfreich.
Aktualisiert: 2018-09-11
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