Partikelbewegung und Trennung in laminar durchströmten Rohren mit nachgeschalteter Strömungsaufweitung

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In partikelbeladenen laminaren Rohrströmungen stellt sich in niedrig konzentrierten Suspensionen Entmischung ein, wobei große Partikel in das Innere der Strömung abgedrängt werden und kleine Partikel nach außen gelangen. Dabei positionieren sich nicht sedimentierende Partikel auf ihrem Gleichgewichtsradius, der von der Partikelgröße abhängt. Es wird im Labormaßstab eine Versuchseinrichtung betrieben, die den Entmischungsvorgang im Rohr bei einem größenverteilten Partikelsystem nutzt. In einer nachfolgenden Strömungsaufweitung werden die Partikel in eine divergente (Quellen-) Strömung überführt und der Trenneffekt dadurch verstärkt. Ziel dieser Arbeit ist es, die Partikelbewegung und Trennung mit einem optischen Laserlichtverfahren und mit Videoaufzeichnungen zu quantifizieren und einer technischen Anwendung zuzuführen. Begleitend dazu werden numerische Berechnungen zur detaillierten Umströmung des Partikels mit einem finite-Volumen-Verfahren, und zur Strömungsaufweitung mit einem Euler-Lagrange-Verfahren durchgeführt. Aus der Umströmung des Partikels werden so die wirkenden Kräfte und Momente auf das Partikel im Rohr, und beim Verschwinden dieser Kräfte und Momente, das Gleichgewicht des Partikels ermittelt. In der nachfolgenden Strömungsaufweitung gilt es, die Pfade vieler Partikeln unterschiedlicher Größe aus ihrem Gleichgewicht am Rohrende in die abführenden Kanäle zu bestimmen.