Thermische Charakterisierung eines kontinuierlichen TSA-Prozesses: Numerische Untersuchung einer blasenbildenden Wirbelschicht mit externer Zirkulation unter Verwendung der Euler-Euler Methode

Ziel dieser Arbeit ist es, mit dem CFD Programm ANSYS R Fluent R eine numerische Untersuchung einer blasenbildenden Wirbelschicht mit externer Zirkulation unter Verwendung der Euler-Euler Methode vorzunehmen. Zuerst wurde eine geeignete CFD Methode identi ziert und die beschreibenden Gleichungen, f ur das zu erwartende Verhalten der Wirbelschicht, ausgew ahlt. Anschlie end wurden die ben otigten Materialeigenschaften des str omenden Fluids und der Partikel bestimmt. Um eine gute Vernetzung zu erm oglichen, wurde die Geometrie der Anlage vereinfacht. Die Anforderungen an die Netzstruktur wurden de niert und die Eigenschaften des Netzes beschrieben. F ur die W armeleitf ahigkeit von Sch uttungen wurde ein eigener Modellierungsansatz verfolgt. Die Anfangs- und Randbedingungen, die Diskretisierungsmethoden und der ben otigte Zeitschritt wurden bestimmt. Ein Grundmodell, sowie drei weitere Modelle wurden entworfen um die Auswirkungen von Parametern darstellen zu k onnen: Variation des Drag Modells (Gidaspow anstatt Syamlal- O'Brien), des Specularity Koe zienten und der W armeleitf ahigkeit des Granulats. Zur Bewertung des Str omungsregimes wurden Kriterien aufgestellt (Bettausdehnung, Ort des Auftretens der Blasen, Blasengr o e und Blasenform), sowie der durchschnittliche W arme- ubergangskoe zient berechnet. Die Simulationsergebnisse wurden anschlie end mit einem Versuch und Korrelationen aus der Literatur verglichen. Das Str omungsregime l asst sich in der dichten Phase in allen Varianten nachbilden. In der diluten Phase, an der Bettober ache, liefert jedoch nur das Drag Modell nach Gidaspow im Ansatz ahnliche Ergebnisse wie der Versuch. Der W arme ubergangskoe zient besitzt die gleiche Gr o enordnung, weicht aber signi kant vom Versuch und den Korrelationen ab. Mithilfe der Simulation l asst sich der lokale W arme ubergang am Rohr beobachten. The aim of this thesis is to perform a numerical analysis of a bubbling uidized bed with the CFD program ANSYS R Fluent R using Euler-Euler method. First, a suitable CFD method was identi ed and the descriptive equations for the expected behavior of the uidized bed were selected. Then, the required material properties of the uid and the particles were determined. The geometry of the plant was presented and simpli ed to allow good meshing. The requirements of the mesh were de ned and the properties described. A particular modeling approach for the thermal conductivity of uidized beds was pursued. The initial and boundary conditions, the discretization methods and the required time step were determined. A basic model and three additional models were designed to show the e ects of parameters: variation of the drag model (Gidaspow instead of Syamlal-O'Brien), the specularity coe cient and the thermal conductivity of the particles. To assess the ow regime, criteria were established (bed expansion, location of bubbles, bubble size and bubble shape) and the average heat transfer coe cient was calculated. The results of the simulations were compared with an experiment and correlations from the literature. The ow regime of the basic model and the three variants can be replicated in the dense phase, but in the dilute phase at the bed surface, only the drag model according to Gidaspow yields similar results as the experiment. The heat transfer coe cient is in the same order of magnitude but deviates signi cantly from the experiment and the correlations. The simulation is used to observe the local heat transfer at the pipe.