Simulation von Mehrphasenströmungen

Zur Energiegewinnung in Gasturbinen, Dieselmotoren sowie Kohlekraftwerken oder zur Herstellung von Nanopartikeln mit speziellen Eigenschaften werden Medien mit unterschiedlichen Phasen eingesetzt. Die Strömungen, welche häufig aus einer kontinuierlichen und einer dispersen Phase bestehen, z.B. Gasphase-Flüssigphase (Spray-Verbrennung) oder Gasphase-Festkörper (Kohleverbrennung, Nanopartikelsynthese), werden am Lehrstuhl für Fluiddynamik mittels Euler-Lagrange oder Euler-Euler Methoden beschrieben. Dabei werden Modelle entwickelt, die die Interaktion der Phasen untereinander sowie das Verhalten der einzelnen Phasen beschreiben.

Die Modellierung erfolgt durch die Implementierung der physikalischen Modelle in unseren Inhouse Code PsiPhi, sowie durch die Erweiterung der quelloffenen CFD Software OpenFOAM durch die Einbindung neuer Bibliotheken und Strömungslöser. Die resultierenden Simulationsergebnisse werden mittels experimenteller oder analytischer Daten abgeglichen und somit die Modelle validiert. Die gewonnenen Resultate werden in Fachzeitschriften und auf Konferenzen publiziert.

Die folgenden Mitarbeiter bearbeiten zur Zeit Projekte im Bereich von Mehrphasenströmungen:

  • Johannes Sellmann - Simulations of spray flame reactors & Simulations of the nanoparticle synthesis inside flame reactors
  • Efim Borukhovich -  Large eddy simulation of nanoparticle synthesis

Ausgewählte Publikationen

  • Tufano, G., Stein, O. T., Wang, B., Kronenburg, A., Rieth, M., Kempf, A. M., (accepted 2018) Coal particle volatile combustion and flame interaction. Part II: Effects of particle Reynolds number and turbulence, Fuel.
  • Rieth, M., Rabacal, M., Kempf, A., Kronenburg, A., Stein, O. T., Carrier-phase DNS of biomass particle ignition and volatile burning in a turbulent mixing layer, Chemical Engineering Transactions 65 (2018) 37-42 PDF
  • Rieth, M., Kempf, A., Kronenburg, A., Stein, O. T., Carrier-phase DNS of pulverized coal particle ignition and volatile burning in a turbulent mixing layer, Fuel 212 (2018) 364-374.
  • Rittler, A., Large eddy simulation of nanoparticle synthesis from spray flames, PhD Thesis (2017). PDF
  • Rieth, M. Large Eddy and Direct Numerical Simulation of Single and Multiphase Flows Relying on Lagrangian Particle Methods, PhD Thesis (2017). PDF
  • Rieth, M., Proch, F., Clements, A. G., Rabaçal, M., Kempf, A., Highly resolved flamelet LES of a semi-industrial scale coal furnace, Proc. Combust. Inst. 36:3 (2017) 3371–3379.
  • Rieth, M., Proch, F., Rabaçal, M., Franchetti, B. M., Marincola, F. C., Kempf, A., Flamelet LES of a semi-industrial pulverized coal furnace, Combust. Flame, 173 (2016) 39-56.
  • Rabacal, M., Franchetti, B. M., Marincola, F. C., Proch, F., Costa, M., Hasse, C., Kempf, A., Large eddy simulation of coal combustion in a large-scale laboratory furnace, Proc. Comb. Inst. 35:3 (2015) 3609-3617.
  • Franchetti, B. M., Marincola, F. C., Navarro-Martinez, S., Kempf, A., Large eddy simulation of a pulverised coal jet flame, Proc. Comb. Inst. 34:2 (2013) 2419-2426.
  • Stein, O. T., Olenik, G., Kronenburg, A., Marincola, F. C., Franchetti, B. M., Kempf, A., Ghiani, M., Vascellari, M., Hasse, C., Towards comprehensive coal combustion modelling for LES, Flow Turb. Combust. 90:4 (2013) 859-884.
  • Franchetti, B. M., Marincola, F. C., Navarro-Martinez, S., Kempf, A., Large eddy simulation of a pulverised coal jet flame, Proc. Combust. Inst. 34:2 (2013) 2419-2426.
 

Illustration der Temperatur nahe des Brennerbereiches.

Illustration des Sauerstoffanteils im mittleren Abschnitt eines großflächigen Laborofens (Durchmesser = 600 mm).

Zeitaufgelöste Bilder für Temperatur, flüchtige Bestandteile, Sauerstoff, axial Geschwindigkeit und Kohlestaub für
eine Kohlestaub Jet Flamme.
 

Elektrisches Potential in einem
Elektrofilter, Partikel im Trägergas.
 

Momentaufnahme der Flüssigteilchen, der Mischungsanteile und der Temperatur durch Simulation des Sydney piloted spray burners.

Momentaufnahme des Sauerstoffanteils of the OH concentration gemessen den den Experimenten (links) und prognostiziert durch die Simulationen.

Fotographie und Simulation einer Sprühflamme
a) Momentaufnahme mit 400 ns Belichtungsdauer
b) Mitte der Momentaufnahme
c) simuliertes Temperaturfeld