Simulation der Strömung im Gesamtsystem zur Identifizierung und Beeinflussung von Partikeleigenschaften

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Das im vorangegangenen Antrag dokumentierte Arbeitsprogramm für die erste Phase (18 Monate) der beantragten drei Jahre wurde vollständig umgesetzt. Zur strömungsmechanischen Optimierung wurden umfangreiche Simulationen des nichtreaktiven und reaktiven Gesamtsystems sowie Detailuntersuchungen von Primärdüse, Injektor und Quenche durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in die konstruktive Weiterentwickelung der 3-D Pilotanlage I Hanau ein und wurden erfolgreich umgesetzt. Zur Simulation des reaktiven Gesamtsystems wurden ein bimodal monodisperses Partikelmodell sowie ein wie im Arbeitsplan vorgesehenes, neues bimodal polydisperses Partikelmodell eingesetzt. Die reaktive 3-D CFD Simulation mit gekoppelter Partikelsimulation ist anhand der experimentellen Ergebnisse der Projektpartner validiert worden. Die neu gewonnenen Erkenntnisse und Methoden werden zur Lösung bestehender und neuer Fragestellungen eingesetzt.Die in der zweiten Projektphase zur Verfügung stehende Primärdüse mit verkürzter Mischungslänge und Wandkonturmodifikation wird im Abgleich mit den Messergebnissen im Hinblick auf die Reduktion der Stoß-/Grenzschichtwechselwirkung weiterentwickelt. Die Sinterkinetik innerhalb des neuen bimodal lokal polydispersen Partikelmodells wird anhand der experimentellen Erkenntnisse in der Pilotanlage und dem Plasmareaktor so erweitert, dass die Partikelmorphologie gezielt vorhergesagt werden kann. Die Beobachtung strömungsmechanischer Instabilitäten erfordert detaillierte 3-D instationäre Simulationen zur Untersuchungen der möglichen Auswirkungen auf die Partikeleigenschaften. Die detaillierte Modellierung des Partikelwachstums wird anhand umfangreicher Modellerweiterungen in die Simulation eingeführt, so dass a priori definierte Produkteigenschaften systematisch eingestellt werden können.