Vergleich von CFD Modellen Experimentelle Randbedingungen Simulation einer kalten Wirbelschicht mit der Diskrete-Elemente Methode und Vergleich mit experimentellen Messungen A. Stroh, A. Daikeler, M. von Bohnstein, J. May, F. Alobaid, J. Ströhle, B. Epple Institut für Energiesysteme und Energietechnik , Technische Universität Darmstadt, Otto-Berndt-Str. 2, DE-64287 Darmstadt Vergleich von CFD Modellen Experimentelle Randbedingungen Temperatur Tconst = 72 °C Inventar 6 kg CaCO3 Partikeldichte ~ 2600 kg/m³ Luftdichte 1,0298 kg/m³ Dynamische Viskosität 20,68·10-6 Pa s 22 Druckmessungen in unterschiedlichen Reaktorhöhen 11 Positionen für Kapazitive Messungen 2 1 3 4 Exp DEM MP-PIC Euler-Euler Euler-Euler Übersicht numerischer Methoden Euler-Lagrange Deterministische Kollisionsdetektion DEM Stochastische Kollisionsdetektion Kinetische Theorie granularer Strömungen MP-PIC Multifluid Modelle Gitter 3,1 m Randbedingung Bezeichnung Fluidisierung (m/s) Species Randbedingung Typ 1. Düsenboden 1,8 O2, N2 Mass flow inlet 2. Loop-Seal UDF O2, N2, CaCO3 3. Strömungsaustritt - Pressure Outlet 4. Wand Tconst = 72 °C Zoom Diskrete-Elemente Methode (DEM) Experimentelle Partikelgrößenverteilung Kollisionsmodellierung Partikelmodellierung δ Normalkraft: 𝐅 n = k δ+ γ 𝐯 𝐢𝐣 ∙ 𝐧 𝐢𝐣 𝐧 𝐣𝐢 Tangentialkraft: 𝐅 t = 𝐅 n μ μ = f(vij) von Stoßpartner Realer Durchmesser zur Berechnung der Erhaltungsgleichungen Parceldurchmesser und Gesamtmasse zur Berechnung der Kontaktkräfte zwischen Partikel-Partikel und Partikel-Wand Modellierungsparameter 𝐏 𝐚 𝐫 = 𝐝 𝐏𝐚𝐫𝐜𝐞𝐥 𝐝 𝐏𝐚𝐫𝐭𝐢𝐤𝐞𝐥 𝐂 𝐫 = 𝐝 𝐙𝐞𝐥𝐥𝐞 𝐝 𝐏𝐚𝐫𝐜𝐞𝐥 𝐃 𝐩𝐪 = 𝐢=𝟏 𝐤 𝐧 𝐢 𝐃 𝐢 𝐩 𝐢=𝟏 𝐤 𝐧 𝐢 𝐃 𝐢 𝐪 𝟏/(𝐩−𝐪) 𝐃 𝟑𝟐 Mittlerer Sauterdurchmesser besitzt das gleiche Verhältnis wie Gesamtvolumen aller Partikel und Gesamtoberfläche aller Partikel 𝐃 𝟒𝟑 De Broukere Durchmesser entspricht dem Massenanteil gewichtetem Durchmesser Diskrete Partikelklassen Approximation Numerische Ergebnisse Zeitlich gemittelter Druckverlauf Ergebnisse Durchmessermodellierung Zeitlich gemittelter Druckverlauf Ergebnisse Widerstandsmodelle Zeitlich gemittelte Partikelkonzentration und Partikelgeschwindigkeiten für drei Reaktorhöhen und Vergleich zu kapazitiven Messungen 0.49 m Höhe 0.98 m Höhe Beste Übereinstimmung mit experimentellen Druckverlauf für die Simulation mit Partikelgrößenverteilung im Vergleich zu repräsentativen Durchmessern (Wen & Yu Widerstandsmodell) Gidaspow Widerstandsmodell liefert unter Verwendung des Sauterdurchmesser die beste Übereinstimmung mit dem Experiment Alle Simulationen unterschätzen die dichte Zone und überschätzen die Partikelkonzentration im oberen Reaktorbereich Weitere Simulationen mit dem EMMS Widerstandsmodell geplant Partikelvolumenanteil,- Geschwindigkeit 1.57 m Höhe Einfluss der Gitterauflösung auf den zeitlich gemittelten Druckverlauf Für CV = 88 ist der Druck in der oberen Reaktorhälfte stärker überschätzt Für ein Verhältnis CV ~ 44 ist der zeitlich gemittelte Druckverlauf unabhängig von der Gitterauflösung (m³Partikel /m³Zelle) (m/s) Förderung www.project-scarlet.eu This research is funded by European Union 7th Framework Programme under grant agreement number 608578 Contact: Alexander Stroh M.Sc | +49 6151 16 22678 | www.est.tu-darmstadt.de | Institut für Energiesysteme und Energietechnik | Technische Universität Darmstadt