@phdthesis{Wiedemann2019, author = {Wiedemann, Philipp}, title = {Modellierung und numerische Simulation der konvektiven Trocknung von Braunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48439}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit werden die Modellierung und die numerische Simulation von Str{\"o}mung, W{\"a}rme- und Stofftransport zur Abbildung eines Trocknungsprozesses von Braunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht behandelt. Hierbei wird das Euler-Euler Two Fluid Model zugrunde gelegt und die Beschreibung des Fließverhaltens der Feststoffphase mittels der Kinetic Theory of Granular Flow realisiert. Ausgehend von einem {\"U}berblick zum aktuellen Stand der Forschung wird der Bedarf nach einer geeigneten Konfiguration von Modellparametern und Submodellen hinsichtlich der Str{\"o}mungsmodellierung sowie nach der Implementierung eines Trocknungsmodells abgeleitet und als Zielsetzung formuliert. Experimentelle Voruntersuchungen an einer Wirbelschichtanlage im Labormaßstab schaffen die Datenbasis f{\"u}r die sp{\"a}tere Validierung des Modells. Dabei erfolgt zun{\"a}chst eine Betrachtung einzelner Zustandspunkte von diskontinuierlichen Trocknungsprozessen, um die darin auftretenden, str{\"o}mungstechnischen Ver{\"a}nderungen zu quantifizieren. Zur Bewertung werden die makroskopischen Eigenschaften sowie Charakteristiken meso- und mikroskaliger Str{\"o}mungstrukturen herangezogen, die sich aus der Analyse von Druckfluktuationen ergeben. Des Weiteren werden die Trocknungsverl{\"a}ufe mehrerer Chargen f{\"u}r verschiedene Betriebsparameter aufgezeichnet. In einem ersten Untersuchungsschwerpunkt werden ausschließlich str{\"o}mungsmechanische Aspekte fokussiert. Auf Basis umfangreicher Sensitivit{\"a}tsanalysen zu den Einfl{\"u}ssen der rheologisch relevanten Parameter, der Impulsaustauschfunktion einschließlich der Partikelsph{\"a}rizit{\"a}t und der Randbedingungen f{\"u}r Beh{\"a}lterwand und Gaseinlass, sowie durch Vergleiche mit den experimentellen Daten wird eine Parameterkonfiguration des Str{\"o}mungsmodells vorgeschlagen. Die damit erzielten Ergebnisse sind insgesamt zufriedenstellend und geben die beobachteten Ver{\"a}nderungen im Trocknungsprozess korrekt wieder. Ursachen f{\"u}r bestehende Abweichungen zum Experiment werden diskutiert. Im zweiten Untersuchungsschwerpunkt wird der gesamte Trocknungsprozess betrachtet. Hierzu werden W{\"a}rme- und Stofftransportmechanismen innerhalb des Modells ber{\"u}cksichtigt, wobei die eigens implementierte Trocknungskinetik auf Ebene der Partikel ansetzt. Die Einfl{\"u}sse der Sph{\"a}rizit{\"a}t und zwei verschiedener Formulierungen zur Berechnung der W{\"a}rme- und Stoff{\"u}bergangskoeffizienten werden untersucht. F{\"u}r den favorisierten Parametersatz werden die Simulationen mit einem expliziten Vorw{\"a}rtsverfahren gekoppelt, wodurch die Trocknungsverl{\"a}ufe auf makroskopischer Zeitskale approximiert und somit mit den experimentellen Daten verglichen werden k{\"o}nnen. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene Gesamtmodell die Trocknungsverl{\"a}ufe bei niedrigen bis m{\"a}ßigen Leerrohrgeschwindigkeiten zuverl{\"a}ssig abbilden kann. Auftretende Diskrepanzen werden diskutiert und weiterer Entwicklungsbedarf abgeleitet.}, subject = {Numerische Str{\"o}mungssimulation; Wirbelschicht; Trocknung; Braunkohle; Two Fluid Model; Computational fluid dynamics; Fluidized bed; Drying; Lignite; Two Fluid Model; Braunkohle; Konvektionstrocknung; Wirbelschichtverfahren; Numerische Str{\"o}mungssimulation}, language = {de} }