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Modellierung und numerische Simulation der konvektiven Trocknung von Braunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht

  • In der vorliegenden Arbeit werden die Modellierung und die numerische Simulation vonStrömung, Wärme- und Stofftransport zur Abbildung eines Trocknungsprozesses vonBraunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht behandelt. Hierbei wird dasEuler–Euler Two Fluid Model zugrunde gelegt und die Beschreibung des Fließverhaltensder Feststoffphase mittels der Kinetic Theory of Granular Flow realisiert. Ausgehend voneinem Überblick zum aktuellen Stand der Forschung wird der Bedarf nach einer geeigne-ten Konfiguration von Modellparametern und Submodellen hinsichtlich der Strömungs-modellierung sowie nach der Implementierung eines Trocknungsmodells abgeleitet und alsZielsetzung formuliert.Experimentelle Voruntersuchungen an einer Wirbelschichtanlage im Labormaßstab schaf-fen die Datenbasis für die spätere Validierung des Modells. Dabei erfolgt zunächst eineBetrachtung einzelner Zustandspunkte von diskontinuierlichen Trocknungsprozessen, umdie darin auftretenden, strömungstechnischen Veränderungen zu quantifizieren. Zur Be-wertungIn der vorliegenden Arbeit werden die Modellierung und die numerische Simulation vonStrömung, Wärme- und Stofftransport zur Abbildung eines Trocknungsprozesses vonBraunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht behandelt. Hierbei wird dasEuler–Euler Two Fluid Model zugrunde gelegt und die Beschreibung des Fließverhaltensder Feststoffphase mittels der Kinetic Theory of Granular Flow realisiert. Ausgehend voneinem Überblick zum aktuellen Stand der Forschung wird der Bedarf nach einer geeigne-ten Konfiguration von Modellparametern und Submodellen hinsichtlich der Strömungs-modellierung sowie nach der Implementierung eines Trocknungsmodells abgeleitet und alsZielsetzung formuliert.Experimentelle Voruntersuchungen an einer Wirbelschichtanlage im Labormaßstab schaf-fen die Datenbasis für die spätere Validierung des Modells. Dabei erfolgt zunächst eineBetrachtung einzelner Zustandspunkte von diskontinuierlichen Trocknungsprozessen, umdie darin auftretenden, strömungstechnischen Veränderungen zu quantifizieren. Zur Be-wertung werden die makroskopischen Eigenschaften sowie Charakteristiken meso- undmikroskaliger Strömungstrukturen herangezogen, die sich aus der Analyse von Druckfluk-tuationen ergeben. Des Weiteren werden die Trocknungsverläufe mehrerer Chargen fürverschiedene Betriebsparameter aufgezeichnet.In einem ersten Untersuchungsschwerpunkt werden ausschließlich strömungsmechanischeAspekte fokussiert. Auf Basis umfangreicher Sensitivitätsanalysen zu den Einflüssen derrheologisch relevanten Parameter, der Impulsaustauschfunktion einschließlich der Parti-kelsphärizität und der Randbedingungen für Behälterwand und Gaseinlass, sowie durchVergleiche mit den experimentellen Daten wird eine Parameterkonfiguration des Strö-mungsmodells vorgeschlagen. Die damit erzielten Ergebnisse sind insgesamt zufriedenstel-lend und geben die beobachteten Veränderungen im Trocknungsprozess korrekt wieder.Ursachen für bestehende Abweichungen zum Experiment werden diskutiert.Im zweiten Untersuchungsschwerpunkt wird der gesamte Trocknungsprozess betrachtet.Hierzu werden Wärme- und Stofftransportmechanismen innerhalb des Modells berücksich-tigt, wobei die eigens implementierte Trocknungskinetik auf Ebene der Partikel ansetzt.Die Einflüsse der Sphärizität und zwei verschiedener Formulierungen zur Berechnung derWärme- und Stoffübergangskoeffizienten werden untersucht. Für den favorisierten Para-metersatz werden die Simulationen mit einem expliziten Vorwärtsverfahren gekoppelt,wodurch die Trocknungsverläufe auf makroskopischer Zeitskale approximiert und somitmit den experimentellen Daten verglichen werden können. Es wird gezeigt, dass das vor-geschlagene Gesamtmodell die Trocknungsverläufe bei niedrigen bis mäßigen Leerrohrge-schwindigkeiten zuverlässig abbilden kann. Auftretende Diskrepanzen werden diskutiertund weiterer Entwicklungsbedarf abgeleitet.Vzeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Verfasserangaben:Wiedemann, Philipp
URL:https://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/deliver/index/docId/4843/file/Wiedemann_Philipp.pdf
Verlagsort:Cottbus
Dokumentart:Dissertation
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2019
Seitenzahl:238
Fakultät / Fachgebiet:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Kraftwerkstechnik