CFD-Simulation

CFD-Simulation

Die Durchführung von numerischen Mehrphasen-Strömungssimulationen, sowohl als begleitende als auch zentrale Fragestellung, ist am IUTA seit 1999 fester Bestandteil von Forschungsvorhaben im Bereich der Partikelabscheidung und Filtration. Zur Durchführung von Partikeldynamiksimulationen stehen am IUTA verschiedene Simulationstools zur Verfügung. Zum einen können klassische CFD-basierte Untersuchungen durchgeführt werden. Hierbei kommt als Solver ANSYS Fluent zum Einsatz. Zur Berechnung des Partikeltransports stehen dabei verschiedene kommerzielle und selbst entwickelte Modelle zur Verfügung. Die Möglichkeiten reichen von Lagrange-basierten Trajektorienberechnungen, über modale Partikelmodelle, die die Veränderung von Partikelgrößenverteilungen aufgrund von Nukleation, Kondensation und Koagulation erfassen, bis hin zur elektrophoretischen und thermophoretischen Abscheidung von Partikeln in elektrischen und Temperaturfeldern.

Darüber hinaus kann auf die Voxel-basierte Software Geodict der Math2Market GmbH zur mikroskopischen Abbildung von porösen Strukturen (Fasern, Schäume) zurückgegriffen werden. Diese ermöglicht die Nachbildung verschiedenster poröser Strukturen und die Berechnung der Abscheidung und Einlagerung von Partikeln innerhalb der mikroskopisch aufgelösten Strukturen.

Aktuelle Fragestellungen in Forschungsvorhaben, die mithilfe der CFD-Simulationen inkl. Arbeiten zur physikalischen Modellbildung beantwortet werden, betreffen:

– Optimierung der Faser-, Gewebe- und Schaumstrukturen für die Partikelabscheidung in Filtern für raumlufttechnische Anlagen

– Optimierung der Faltenstruktur in plissierten, gefalteten Filtern

– Einfluss elektrostatischer Effekte auf die Partikelabscheidung bei Einsatz von Elektretmedien

– Untersuchungen zur Optimierung von Elektroabscheidern

– Untersuchung der Partikelbildung in Synthesereaktoren

– Untersuchungen zur Aerosoldynamik in Müllverbrennungsanlagen

– Flüssigkeitstransport in porösen Medien

– Mikrofluidische Analysen zur Untersuchung der Bandenverbreiterung in Kapillaren bzw. LC-Säulen

– Partikeltransport bei emissions- und immissionsrechtlichen Fragestellungen sowie zur Arbeitssicherheit an Arbeitsplätzen und in Produktionsanlagen

Abbildung: Partikelabscheidung und Strömungsgeschwindigkeit – 2-lagiges Filtervlies (Math2Market Geodict)