Modellierung und numerische Berechnung dreiphasiger Strömungen mit dem Euler/Lagrange Verfahren

Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll das Euler/Lagrange-Verfahren für die Berechnung dreiphasiger Gas-Flüssig-Feststoff-Systeme erweitert werden. Dieses Vorhaben soll in enger Zusammenarbeit mit Prof. Hempel (Braunschweig) und Prof. Räbiger (Bremen) bearbeitet werden. Um industrierelevante Gas- und Feststoffgehalte berechnen zu können, ist es zunächst erforderlich, die effektive Fluiddichte in den Erhaltungsgleichungen der Fluidphase einzuführen. Weiterhin ist es unerläßlich, das Konvergenzverhalten des Euler/Lagrange-Verfahrens zu verbessern, um effiziente Berechnungen für hohe Dispersphasenanteile zu ermöglichen. Eine wesentliche Zielsetzung des Vorhabens ist die Modellierung der Wechselwirkung zwischen den beiden dispersen Phasen (Impulstransfer). Dies soll zunächst in integraler Weise durch modifizierte Widerstandsbeiwerte, wie sie aus der Literatur bekannt sind, erfolgen. Ein zweiter Ansatz soll auf der Kollision zwischen den Phasen basieren, welche mit Hilfe eines stochastischen Kollisionsmodells beschrieben werden sollen. Die Modellierung der Wechselwirkung soll schließlich anhand der detaillierten Experimente der Arbeitsgruppe von Prof. Räbiger verbessert und validiert werden. Weiterhin sollen die Euler/Lagrange-Berechnungen genutzt werden, um die Integralmodelle zu verfeinern, welche schließlich in einem Euler/Euler-Modell der Arbeitsgruppe von Prof. Hempel implementiert werden. Das auf Dreiphasensysteme weiter entwickelte Euler/Lagrange-Verfahren wird dann auf die Berechnung von Treibstrahlreaktoren und Airlift-Reaktoren angewendet, um hier einen detaillierten Einblick in die Hydrodynamik zu ermöglichen. Aus den Arbeitsgruppen von Prof. Räbiger und Prof. Hempel liegen für diese Apparate umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Validierung der Berechnungen vor.

Within the scope of this research project the Euler/Lagrange approach for the calculation of three phase gas-liquid-solid-systems has to be expanded. This project has to be realized in close collaboration with Prof. Hempel (Braunschweig) and Prof. Räbiger (Bremen). At first it is necessary to introduce the effective fluid density into the conservation equations of the fluid phase to allow calculations of industrially relevant gas and solid concentrations. Further on, it is essential to enhance the convergence behaviour of the Euler/Lagrange approach to assure efficient calculations for high dispersed phase volume fractions. A basic goal of this project is the modelling of the interactions between the two dispersed phases (momentum transfer). At first, this should be realized in an integral way using modified drag coefficient which are know from literature. Another approach should be based on the collision between the phases which should be described with the aid of a stochastic collision model. The modelling of the interactions should be improved and validated on the basis of the detailed experiments from the working group of Prof. Räbiger. Further on, the Euler/Lagrange calculations should be used to improve the integral models which finally will be implemented in the Euler/Euler model of the working group of Prof. Hempel. The Euler/Lagrange approach, which has been developed for three phases systems, will be used for the calculation of driven jet reactors and airlift reactors to submit a detailed insight into the hydrodynamics. From the working groups of Prof. Räbiger and Prof. Hempel extensive experimental tests for these equipments are available for the validation of the calculations.