Neueste Ergebnisse, die mit DNSlab ermittelt wurden, veröffentlicht

In der Reihe der Fortschritt-Berichte des Lehrstuhls für Mechanische Verfahrenstechnik der Technischen Universität wurden zwei Dissertationen veröffentlicht, die Forschungsergebnisse enthalten, die u. a. mit der Software DNSlab der it4e ermittelt wurden. David Hund hat in seiner Dissertation mit dem Titel „Methoden zur Simulation der Kuchenfiltration“ [1] die Partikelanordnung in der ersten Phase der Bildung eines Filterkuchens auf unterschiedlichen Geweben untersucht. Es ist bekannt, dass bei einer Filtration mit kurzen Filtrationsintervallen die Ausbildung der ersten Partikelschicht auf einem Gewebe  den durchgesetzten Filtratstrom und die Partikelrückhaltung wesentlich beeinflusst. Die Vorgänge der Partikelanordnung, die oft in einer Zeitspanne von einem Bruchteil einer Sekunde ablaufen, sind messtechnisch sehr schwer zu erfassen. Daher hat sich Herr Hund die Bildung der ersten Partikelschichten auf dem Filtermedium mit Methoden der Simulation untersucht. Mit dem Programm DNSlab wurden monofile und multifile Gewebestrukturen generiert und berechnete Werte zur Permeation von Luft mit zugehörigen experimentellen Werten verglichen. Dabei wurde auch der Einfluss der Auflösung der geometrischen Verhältnisse in Form der Voxellänge auf die numerische Berechnung untersucht. In der zunächst verwendeten Version des Programms wurden fernwirkende Partikelwechselwirkungskräfte vernachlässigt. Dennoch konnte sehr anschaulich der große Einfluss  der geometrischen Verhältnisse zwischen den Partikeln- und Gewebeabmessungen auf die Filtration dargestellt werden. In der Arbeit werden auch erste Ergebnisse, die mit einer weiterentwickelten Version von DNSlab  ermittelt wurden, vorgestellt. Die weiterentwickelte Version beinhaltet die Kopplung der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM). Damit konnte die Partikelablagerung auf einem Gewebe simuliert werden, wobei auch Partikel-Fluid-, Partikel-Partikel- sowie Partikel-Gewebe-Wechselwirkungen berücksichtigt wurden.  Die Ergebnisse zeigen, dass die mit DNSlab realisierte numerische Berechnung der Strömung und Partikelbewegung unter Berücksichtigung einer Zwei-Wege-Kopplung zur Berechnung einer Kuchenfiltration auf gewebten Strukturen geeignet ist.

Albert Hellmann Untersuchte die Abscheidung von mikronen und submikronen Stäuben mit Vliesen und offenen Schaumstrukturen experimentell und mittels Simulationen mit DNSlab [2]. Er ermittelte Fraktionsabscheidegrade bzw. die Trennkurven mit unterschiedlichen Filtermedien. Darüber wurde der Druckverlust bei unterschiedlichen Luftvolumenströmen bestimmt. Herr Hellmann hat seine experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Ansätzen aus der Literatur und mit den Ergebnissen der 3D Simulation verglichen. Dabei wurden auch der Einfluss elektrischer Ladungen auf den Partikeln und den Filtermedien untersucht und in einer 3D Struktur simuliert. Die Ergebnisse von Herr Hellmann zeigen, dass das Trennverhalten von symmetrisch aufgebauten Filtermedien sowohl mit den dafür bekannten empirischen Modellgleichungen als auch mit der 3D Simulation berechnet werden können. Die bekannten empirischen Ansätze können jedoch für asymmetrische Filterstrukturen nur bedingt eingesetzt werden. Durch die numerische Simulation sind Untersuchungen an ungleichmäßigen Filterstrukturen realisierbar. Durch Parameterstudien im Vorfeld, können verschiedenste Variation des Filteraufbaus einfach und preiswert untersucht werden. Die Simulation kann insbesondere mittels realitätsnaher Tomographieaufnahmen wertvolle Erkenntnisse zur Partikelabscheidung liefern.

Es sei noch angemerkt, dass Herr Hellmann im Mai 2018 durch tragische Umstände ums Leben kam. Er konnte seine nahezu fertige Dissertation nicht mehr dem Fachbereich der TU Kaiserslautern zur Beurteilung vorlegen. In Erinnerung an Herrn Hellman haben seine Kollegen die vorliegende Fassung in der oben genannten Schriftenreihe des Lehrstuhls veröffentlicht.

Literatur:

[1] David Hund:

Methoden zur Simulation der Kuchenfiltration.

Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (Hrsg.), 2019

Fortschritt-Bericht, Band 19

ISBN 978-3-95974-111-8

[2] Albert Hellmann:

Untersuchung der Gasfiltration mit Vliesen und offenen Schaumstrukturen unter Berücksichtigung der numerischen Strömungssimulation.

Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (Hrsg.), 2019

Fortschritt-Bericht, Band 20

ISBN 978-3-95974-112-5

Wenn Sie mehr darüber wissen wollen, dann kontaktieren Sie uns.

Deutsch