Ein mehrskaliger Ansatz für Filteranwendungen auf Basis von Euler- Lagrangeschen Modellierungen

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1 Ein mehrskaliger Ansatz für Filteranwendungen auf Basis von Euler- Lagrangeschen Modellierungen Dr. Ulrich Heck, DHCAE Tools GmbH

DHCAE Tools GmbH, Krefeld CFD/FEA-Lösungen basierend auf Open-Source-Löser Technologie Engineering: CFD/FEA- Dienstleistung mit OpenFOAM/ CalculiX Software Standard/ kundenangepasst: GUIs (CastNet),

2 DHCAE Tools GmbH, Krefeld CFD/FEA-Lösungen basierend auf Open-Source-Löser Technologie Engineering: CFD/FEA- Dienstleistung mit OpenFOAM/ CalculiX Software Standard/ kundenangepasst: GUIs (CastNet), Erweiterungen Support Training: OpenFOAM/ Erweiterungen This offering is not approved or endorsed by ESI Group, the producer of the OpenFOAM software and owner of the OPENFOAM and OpenCFD trade marks. 2

3 OpenFOAM basiert CFD: OpenFOAM Toolbox Imperial College OpenCFD (ESI Group) Funktionalität: High-End CFD Spektrum kompressible/inkompressible Systeme mit/ohne Wärmetransport inkl. CHT Mehrphasen (VOF, Euler-Lagrange, Euler-Euler) Toolbox: Auf Erweiterbarkeit ausgelegt C++ Code Aufbau 3

4 Toolkombination DHCAE Tools: Effizienter Einsatz durch Kombination von kommerziellen Systemen mit Open-Source Proprietär: Preprocessing CAD basiert mit kommerzieller Vernetzung Open Source: Solverlösungen Teilweise zur Verfügung gestellt 4

5 Lösungen für Filteranwendungen 5

6 Bisher: Filter als Widerstandsblöcke 6

7 Gesamtmodell kontinuierliche Strömung und Partikeltransport Mikroskopisches diskretes Modell an Einzelfaserstrukturen Experiment: Filterversuchsstand Rückhalt - Widerstandserhöhung Makroskopische Abbildung Filterverhalten(Anlagenmodell): Parcelkonzept der Partikeln: Auftreffen + Mikromodell - Lokale Widerstandserhöhung - Lokales Abscheideverhalten - Rückwirkung auf kontinuierliche Strömung Kooperationsprojekt: Uni-Bremen- DHCAE Tools GmbH 7

8 Mikroskopisches Modell kontinuierliche Strömung Partikelzugabe Anhaften Neuvernetzung 8

9 Mikroskopisches Modell 9

10 Mikroskopisches Modell 10

11 Makroskopisches Modell 11

12 Filteransatz Speichert in jeder Zelle: Lokale Beladung (z.b. Masse pro m²) Anzahl Partikel-Treffer Darcy-Grundwert: Widerstandsparameter des unbestaubten Filters Zeitabhängiger Widerstandswert für abgereinigte Filter Variabler Darcy-Wert in Abhängigkeit von der lokalen Beladung, z.b. abhängig von: Masse Partikelgröße Zeit Kompressibler oder inkompressibler Filterkuchen 12

LTS Neuberechnung des variablen Filterwiderstandes

13 Iterativer Kopplungsprozess Berechnung des stationären Strömungsfeldes Partikeltransport mit LTS Neuberechnung des variablen Filterwiderstandes Abreinigung: Neuberechnung des Filter-Grundwiderstandes 13

14 Filterpatch 14

15 Erforderliche Erweiterungen an OpenFOAM Filter-Patch: Erstellung des Filterpatches auf Basis der porousbaffle Funktionalität Lokale Widerstandswerte Verschiedene Widerstandcharakteristika Partikelgrößen, die den Filter durchdringen können Gesamtsolver/Ablauf: Optimierung auf Stabilität bei Integration des Filters Behandlung der Turbulenzgrößen im Filter Iterativer Kopplungsprozess Anpassungen am zeitlichen Partikeltransport (LTS) 15

16 Makroskopische Modellüberprüfung Numerische Modellierung des zeitlichen Verhaltens von Strömungen in der Umgebung von Tiefenfiltern, Michele Cagna 16

17 Einfache Filterreihe 17

18 Belastung der Filter 18

19 Belastung der Filter 19

20 Geschwindigkeiten am Austritt 20

21 Stand: Zusammenfassung Erstellung von numerischen Modellen für Filteranwendungen: Mikromodellierung: Anhaftung an Fasern, Kuchenbildung Makromodellierung: Partikeltracking mit Rückwirkungen der Abscheidung am Filter Überprüfung der Teilmodelle an einfachen Literaturbeispielen 21

22 Zusammenfassung/Ausblick Ausblick Validierung am Anlagenmodell Mikromodellierung Validierung am Filterprüfstand Fluid-Struktur-Interaktion: Filterverformung 22

23 Hinweis: Die Präsentation auf der NAFEMS-Konferenz enthielt mehrere Animationen, die im pdf- Format nicht dargestellt werden können. Gerne schicken wie Ihnen die Originalpräsentation zu. Bitte schicken Sie uns eine an: 23

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