CFD-Simulation

Die Durchführung von numerischen Mehrphasen-Strömungssimulationen, sowohl als begleitende als auch zentrale Fragestellung, ist am IUTA seit 1999 fester Bestandteil von Forschungsvorhaben im Bereich der Partikelabscheidung und Filtration. Zur Durchführung von Partikeldynamiksimulationen stehen am IUTA verschiedene Simulationstools zur Verfügung. Zum einen können klassische CFD-basierte Untersuchungen durchgeführt werden. Hierbei kommt als Solver ANSYS Fluent zum Einsatz. Zur Berechnung des Partikeltransports stehen dabei verschiedene kommerzielle und selbst entwickelte Modelle zur Verfügung. Die Möglichkeiten reichen von Lagrange-basierten Trajektorienberechnungen, über modale Partikelmodelle, die die Veränderung von Partikelgrößenverteilungen aufgrund von Nukleation, Kondensation und Koagulation erfassen, bis hin zur elektrophoretischen und thermophoretischen Abscheidung von Partikeln in elektrischen und Temperaturfeldern.

Darüber hinaus kann auf die Voxel-basierte Software Geodict der Math2Market GmbH zur mikroskopischen Abbildung von porösen Strukturen (Fasern, Schäume) zurückgegriffen werden. Diese ermöglicht die Nachbildung verschiedenster poröser Strukturen und die Berechnung der Abscheidung und Einlagerung von Partikeln innerhalb der mikroskopisch aufgelösten Strukturen.

Aktuelle Fragestellungen in Forschungsvorhaben, die mit Hilfe der CFD-Simulationen inkl. Arbeiten zur physikalischen Modellbildung beantwortet werden, betreffen:

– Optimierung der Faser-, Gewebe- und Schaumstrukturen für die Partikelabscheidung in Filtern für raumlufttechnische Anlagen

– Optimierung der Faltenstruktur in plissierten, gefalteten Filtern

– Einfluss elektrostatischer Effekte auf die Partikelabscheidung bei Einsatz von Elektretmedien

– Untersuchungen zur Optimierung von Elektroabscheidern

– Untersuchung der Partikelbildung in Synthesereaktoren

– Untersuchungen zur Aerosoldynamik in Müllverbrennungsanlagen

– Flüssigkeitstransport in porösen Medien

– Mikrofluidische Analysen zur Untersuchung der Bandenverbreiterung in Kapillaren bzw. LC-Säulen

– Partikeltransport bei emissions- und immissionsrechtlichen Fragestellungen sowie zur Arbeitssicherheit an Arbeitsplätzen und in Produktionsanlagen

Partikelabscheidung und Strömungsgeschwindigkeit – 2-lagiges Filterflies (Math2Market Geodict)

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Till van der Zwaag
vanderzwaag@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 131

Dipl.-Ing. Thomas Zeiner
zeiner@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 219

Dipl.-Ing. Thomas Engelke
engelke@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 131

Aktuelle Projekte

IGF-Forschungsprojekt 17659 N:
Experimentelle Untersuchung der Effizienz von RLT-Filtern als Grundlage für praxisorientierte Prüfmethoden sowie für die Weiterentwicklung der Filter durch Modellierung des Filtrationsverhaltens
Laufzeit: 01.01.2013 - 30.09.2015

IGF-Forschungsprojekt 18292 N:
Die Effizienz von Luftfiltern bei hohen relativen Feuchten und bei Beaufschlagung mit Wassertröpfchen (Hauptanwendungsbereich Gasturbinen)
Laufzeit: 01.08.2014 - 31.07.2017

Leitmarktwettbewerb EnergieUmweltwirtschaft.NRW –
Förderkennzeichen: EFRE-0800559:
Next Generation Filtration 2.0 – Entwicklung schaltbarer Funktionalitäten von Vliesstoffoberflächen für Anwendungen in der Filtration und im Automotive-Bereich

ZIM-Forschungsprojekt ZF4005408SY6:
Entwicklung eines optoelektrischen hierarchisch strukturierten Luftfiltersystems zur Raumluftkonditionierung mittels elektrisch leitender, lichtreflektierender und oberflächenfunktionalisierter zellularer Strukturen

IGF-Forschungsprojekt 20254 N:
Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von Elektrofiltern in der Raumlufttechnik unter besonderer Berücksichtigung der Energieeffizienz
Laufzeit: 01.11.2018 - 31.10.2020

Veröffentlichungen

Sager, U., Ligotski, R., Engelke, T., Däuber, E., Schmidt, F., Asbach, C., Qualifizierung von Adsorptionsfiltern und -medien für die Raumlufttechnik gemäß DIN EN ISO 10121, GI – Gebäudetechnik in Wissenschaft & Praxis – Ausgabe 6/2017

van der Zwaag, T., Haep, S., Schmidt, K. G., Simulation of Electrical Effects with Respect to Fine Particle Separation at Conditions of Pressurized Pulverized Coal Combustion, Powder Technology, Volume 180, 2008

Engelke, T., van der Zwaag, T., Asbach, C., Fissan, H., Kim, J. H., Yook, S. J., and Pui, D. Y. H., Numerical evaluation of protection schemes for extreme ultraviolet lithography (EUVL) masks in carrier systems against horizontal aerosol flow. Journal of the Electrochemical Society, 2007

van der Zwaag, T., Haep, S., Schmidt, K. G., Simulation of Electrical Effects with Respect to Fine Particle Separation at Conditions of Pressurized Pulverized Coal Combustion, 6th International Symposium & Exhibition “Gas Cleaning at High Temperatures“, 10/2005, Osaka

van der Zwaag, T., Haep, S., Schmidt, K. G., Modellierung der Feinstpartikeldynamik bei der Hochtemperaturabgasreinigung für den Kombi-Kraftwerksprozess mit Druckkohlenstaubfeuerung, KRdL-Fachtagung „Fortschritte in der Luftreinhaltetechnik“ (618503), 06/2005, Schwäbisch Gmünd, VDI-Berichte 1893

van der Zwaag, T., Haep, S., Schmidt, K. G., CFD-Modellierung der Partikelabscheidung bei der Entwicklung eines kohlebasierten GuD-Prozesses, Dechema/GVC Jahrestagungen, September 2003, Mannheim, CIT

van der Zwaag, T., Haep, S., Schmidt, K. G., CFD-Modellierung der Partikelabscheidung aus heißen Rauchgasen zur energetischen Nutzung in Gasturbinen, Gaswärme International, 6/7 2002