Modellierung und Simulation von Strömungsvorgängen in Wechselwirkung mit Beladungs-, Regenerations- und Alterungsprozessen in Gasfiltersystemen

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Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung eines mathematisch-physikalischen Modells zur Beschreibung der Filtration von partikelbeladenen Heißgasströmen und des induzierten transienten Deckschichtaufbaus. Eingebunden sind zyklische Regenerationen des Filtersystems durch Oxidationsreaktionen, die im weiteren Betrieb zu einer Alterung des Filtermediums führen können. Allgemein findet die Abtrennung von Feststoffpartikeln aus Gasströmen je nach Charakter des Filtermediums entweder durch Oberflächen- oder durch Tiefenfiltration statt. Häufig kommt es auch zu einer Kombination der Mechanismen, wenn nach kurzer Filter-Betriebszeit eine Tiefenfiltration in eine Oberflächenfiltration übergeht. Einem mit der zunehmenden Beladung des Filtermediums verbundenen Anstieg des Gegendruckes beim Durchströmen des Filtermediums muss durch eine geeignete Regeneration des Systems entgegengesteuert werden. Durch die zyklische Abfolge von Beladungen und Regenerationen kann es zu Alterungserscheinungen des Filtermediums z. B. in Form von inerten Einlagerungen kommen, die den weiteren Filtrationsprozess beeinflussen. Durch eine Kopplung eines kommerziellen Strömungssimulationsprogramms mit Rechenmodellen, die zur Beschreibung der Beladungs-, Regenerations- und Alterungsvorgänge des Filtermediums erstellt werden, soll das transiente Filtrationsverhalten beschrieben werden. Dazu gehört u. a. die Charakterisierung der zeitlichen Änderung der Druckdifferenz über das Filtermedium, des Regenerationsverhaltens sowie der damit zusammenhängenden Dauerhaltbarkeit von Filtermedien. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Auslegung und Optimierung von neuartigen Filtermedien und liefern Aussagen über Möglichkeiten zur Verlängerung der Standzeiten von Filtersystemen, wodurch ein wirtschaftlicherer Betrieb ermöglicht wird. Darüber hinaus kann durch den Einsatz des Simulationsmodells die Anzahl von kosten- und zeitintensiven experimentellen Untersuchungen in der Filtersystementwicklung minimiert werden. Die zu entwickelnden Modellierungs- und Rechenmethoden weisen Grundlagencharakter auf und lassen sich auf eine Vielzahl von Partikel-Filtersysteme übertragen. Die experimentelle Validierung der Ergebnisse soll sowohl anhand eigener Untersuchungen als auch durch Ergebnisse aus der Literatur erfolgen.