Numerische Strömungssimulation für Dispergierkanäle und Mikrobioreaktoren

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Im Teilprojekt C3 (CFD) sollen numerische Simulationen durchgeführt werden, welche die Entwicklung von Dispergierungsmikrostrukturen und Mikrobioreaktoren durch ein verbessertes physikalisches Verständnis unterstützen sollen. Mit der Simulation von Mikrobioreaktoren soll die Verteilung von Nährstoffen in den Reaktoren untersucht und optimiert werden. Bereiche, in denen Totwassergebieten entstehen, sollen identifiziert werden, um sie in der Weiterentwicklung zu vermeiden, da sie eine Verstopfung der Reaktoren fördern und somit deren Einsatzdauer substantiell verkürzen. In der Simulation der Dispergierung sollen Grobstruktursimulationen der turbulenten Mikrokanalströmung durchgeführt werden. Eine Kopplung an die Diskrete-Elemente-Methode wird durchgeführt, um Dehnung und Scherung direkt auf die zu dispergierenden Agglomerate einwirken zu lassen. Die hohen Anforderungen an die Auflösung der Simulation erfordern den Einsatz spezieller Algorithmen und hoch paralleler Hardware. Dazu wird eine massive parallele Lattice-Boltzmann-Methode mit lokaler Gitterverfeinerung in einer Graphikkartenimplementierung weiterentwickelt und der Problemstellung angepasst.