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Discrete Element Modeling: Eine neue Methode zur - ResearchGate

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Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, No. 8
Computational Chemical Engineering
Poster
P 8.01
Discrete Element Modeling: Eine neue Methode zur Simulation der thermischen Behandlung mechanisch durchmischter Schüttgüter
Prof. Dr.-Ing. E. Tsotsas1) (E-Mail: evangelos.tsotsas@vst.uni-magdeburg.de), Dr. rer. nat. G. Saage1),
Dr.-Ing. M. Kwapinska1)
1)
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Postfach 4120,
D-39016 Magdeburg.
DOI: 10.1002/cite.200590089
Die thermische Behandlung durchmischter
Schüttgüter in Kontaktapparaten wird üblicherweise mit dem Penetrationsmodell simuliert (Schlünder et al.). Hierbei wird die Vermischung der Feststoffe in eine Sequenz von
Ruheperioden zerlegt. Die entsprechende Ruhezeit geht in einen Penetrationskoeffizienten
für den Wärmeübergang ein, der zu einem
Kontaktkoeffizienten an der Apparatewand in
Reihe geschaltet wird, und kann über eine
Mischgütekennzahl mit der Frequenz des
Rührers korreliert werden. Diese vereinfachende Beschreibung legt jedoch die Frage nach
grundlegenderen Methoden nahe. Eine solche
Methode ist die Diskrete-Elemente-Modellierung (DEM), in der für jede Partikel-Partikelbzw. Partikel-Wand-Interaktion Kräfte und
Momente berechnet werden, so dass die Bewegung jeder Partikel verfolgt werden kann.
Die DEM wurde bei Problemen der Bodenund Schüttgutmechanik oft eingesetzt.
Der Übergang von solchen rein mechanischen Problemen auf die thermischen Kontaktapparate wird erstmalig am Beispiel kugeliger Partikel in einer Drehtrommel ohne
Einbauten dargestellt. Es wird gezeigt, dass
aus der mittels DEM simulierten Vermischungsdynamik Zeitkonstanten abgeleitet
werden können, die mit den Ergebnissen entsprechender Experimente gut übereinstimmen. Dann wird der Grenzfall der Aufheizung
von Schüttgut bei kontrollierendem Kontaktwiderstand behandelt. Es wird nachgewiesen,
dass DEM- und Penetrationsmodell in diesem
2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Abbildung. Verlauf der mittleren Schüttungstemperatur im Grenzfall kontrollierenden Kontaktwiderstands.
Grenzfall zu einem gemeinsamen Ergebnis
kollabieren (s. Abb.). Schlieûlich wird der allgemeine Fall mit signifikantem Widerstand
für das Eindringen der Wärme analysiert. Es
wird gezeigt, worin sich Penetrationsmodell
und DEM unterscheiden. Vorteile der diskreten Modellierung werden herausgearbeitet
und rechentechnische Einschränkungen diskutiert.
www.cit-journal.de
1089
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