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Mischung/Segregation und Wärmeübertragung in fluidisierten Systemen der Energietechnik: Ein Beitrag zur Weiterentwicklung der gekoppelten CFD-Diskreten Elemente Methode für polydisperse Systeme komplexer Partikelgeometrie

能源技术中流化系统的混合/分离和传热：对复杂颗粒几何多分散系统耦合 CFD 离散元方法的进一步发展的贡献

基本信息

批准号：
224915056
负责人：
Professor Dr.-Ing. Harald Kruggel-Emden
金额：
--
依托单位：
Lehrstuhl Werkstofftechnik
依托单位国家：
德国
项目类别：
Independent Junior Research Groups
财政年份：
2012
资助国家：
德国
起止时间：
2011-12-31 至 2018-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/224915056?language=en
关键词：
Mischung Segregation und rme bertragung

项目摘要

Die Diskrete Elemente Methode (DEM) ist eines der bedeutenden neueren Verfahren zur Beschreibung der Bewegung granularer Medien. Gekoppelt mit Verfahren der Computational Fluid Dynamics (CFD) lassen sich wesentliche Fragestellungen der Energietechnik, wie z. B. die Wärmeübertragung und Reaktion in mechanisch angeregten Systemen (Roste) oder fluidisierten Systemen (Wirbelschichten) in hoher Detailtiefe untersuchen. Um den Schritt vom akademischen Untersuchungsinstrument zur Anwendung auf technisch relevante Problemstellungen zu erreichen, steht die Entwicklung der DEM-Methode vor einer zentralen Herausforderung: Der Ersatz von heute kugelförmig angenommen Partikeln durch komplexe, reale Partikelformen. Während für die geometrische Abbildung solcher Körper und deren mechanische Interaktion in der DEMMethode bereits Modelle bestehen, ist eine Bereitstellung geeigneter Modellgesetze für die fluidmechanischen Kräfte/Momente und die Abbildung der relevanten Wärmeübertragungsmechanismen in Systemen komplex geformter Partikel mit unterschiedlichem Lückenvolumen jenseits der eines dichten Festbettes nur ansatzweise erfolgt. Deshalb soll der vorliegende Antrag einen Beitrag leisten, diese Hürde für die DEM-Simulation zu überwinden. Auf Basis von numerischen Untersuchungen mittels CFD-Simulationen, bei denen die Partikelumströmung detailliert aufgelöst wird, werden Datensätze gewonnen, die zur Ableitung von Modellgesetzen und Korrelationen für die Widerstandskraft, das Widerstandsmoment, die Magnuskraft, die Saffmankraft und die Nusseltzahlen für polydisperse, granulare Systeme komplexer, ausgewählter Partikelgeometrie geeignet sind. Ansätze für Kräfte und Momente werden ausgehend von bestehenden Modellen abgeleitet und in einen DEM/CFD-Code integriert. Ebenso werden Modelle für komplex geformte Partikel entwickelt, die die Berücksichtigung von Kontaktwärmeübergang, Wärmeübergang im Zwickelbereich zwischen Partikeln, Wärmestrahlung zwischen Partikeln, Partikeln und Gas sowie Wärmeleitung innerhalb der Partikel berücksichtigen. Hierbei wird darauf geachtet, dass die Modelle die Realität soweit möglich abbilden, aber gleichzeitig die Modellkomplexität die Anforderung berücksichtigen muss, dass Systeme mit großen Partikelzahlen beherrschbar bleiben. Auf Basis dieser Werkzeuge wird mittels eines erweiterten DEM/CFD-Codes das für die Energietechnik relevante Anwendungsgebiet fluidisierter Partikelsysteme adressiert. Es werden Mischung, Segregation und Austrag sowie die Wärmeübertragung in diesen Systemen untersucht und die Ergebnisse werden mit eigenen ausgewählten Experimenten verglichen. Eine erfolgreiche Projektdurchführung vorausgesetzt, bereitet der vorliegende Antrag eine notwendige Basis, um in Zukunft die DEM-Methode auch auf reagierende Systeme der Energietechnik mit beliebigen, komplexen Partikelgeometrien zu verwenden.

基本方法（DEM）是一种新的用于描述颗粒介质的方法。计算流体动力学（CFD）的应用使能量技术的破碎问题得到解决。B。在机械控制系统（Roste）或流化系统（Wirbelschichten）中的Wärmeübertragung und Reaktion in mechanisch angeregten Systemen（Roste）in hoher Detailtiefe untersuchen。Um den Schritt vom akademischen Untersuchungsinstrument zur Anwendung auf technisch relevant Problemstellungen zu erreichen，steht die Entwicklung der DEM-Method vor einer zentralen Herausforderung：Der Ergesvon heute kugelförmig angenommen Partikeln durch komplexe，reale Partikelformen.在DEMMethode中求解Körper的几何关系和机构间的相互作用是最好的模型，这是一个用于流体力学Kräfte/Momente的通用模型，以及在Systemen komplex geforter Partikel中相关Wärmeübertragungsmechanismen的几何关系，它具有一个简单的分析结果。Deshalb soll der vorliegende Antrag einen Beitrag leisten，diese Hürde für die DEM-Simulation zu überwinden.基于CFD模拟的数值计算基础，在Partikelumströmung详细信息中，韦尔登数据将被收集，用于建模和校正Widerstandskraft、Widerstandsmoment、Magnuskraft、Saffmankraft和Nusseltzahlen für polydisperse、granule Systeme komplexer、ausgewählter Partikelgeometrie geeignet sind。Ansätze für Kräfte und Momente韦尔登ausgethend von bestehenden Modellen abgeleitet und in einen DEM/CFD-Code integriert. Ebenso韦尔登模型für komplex geforte Partikel entwickelt，die die Berücksichtigung von Kontaktwärmeübergang，Wärmeübergang im Zwischen Partikeln，Wärmestrahlung zwischen Partikeln，Partikeln und Gas sowie Wärmestrahlung itung innerhalb der Partikel berücksichtigen.在这里，我们可以看到，现实模型非常丰富，但模型的复杂性必须得到保证，系统的大部分都是现成的。在此基础上，我们将使用一个DEM/CFD代码，用于与Anwendungsgebiet流化床分区系统相关的能量技术。这是韦尔登和澳大利亚的误解，它使我们在系统中看到了种族隔离的悲剧，并使韦尔登隔离的实验本身变得更加完美。这是一个非常成功的项目，它的基本原理是一个不确定的基础，在此基础上，DEM方法也适用于具有复杂几何结构的能量技术系统。