Untersuchung einer Tornado- Gasführung im ZIRRUS Solarreaktor mit CFD

Größe: px
Ab Seite anzeigen:

Download "Untersuchung einer Tornado- Gasführung im ZIRRUS Solarreaktor mit CFD"

Transkript

1 Untersuchung einer Tornado- Gasführung im ZIRRUS Solarreaktor mit CFD Diplomarbeit Patrik Leu März 006 ETH Zürich Institut für Energietechnik Professur für erneuerbare Energieträger Professor: Aldo Steinfeld Betreuer: Lothar Schunk

2 Patrik Leu Bleichenbergstrasse 4 CH Biberist Tel.: +44 (0) E - Mail:

3 Dank Ich danke allen recht herzlich, die mich in irgendeiner Weise unterstützt haben. Speziell möchte ich mich bei meinem Betreuer, Lothar Schunk, bedanken. Er hatte immer genügend Zeit gefunden meine Fragen zu beantworten. Ein Dank gilt der Professur für erneuerbare Energieträger (PRE), unter Professor Aldo Steinfeld, welche diese interessante Diplomarbeit erst ermöglichte. Hansmartin Friess bot mir eine gute Einführung in CFX. Mit Andreas Z'Graggen durfte ich zu Beginn meiner Arbeit das Büro teilen und er bot mir bei Problemen mit Linux Hilfe an. Vergessen möchte ich auch nicht meine Eltern, die mir das Maschinenbaustudium sponsern. Zürich,. März 006 Patrik Leu I

4

5 Inhaltsverzeichnis Abkürzungen... VII Symbole... VIII Kurzfassung... Einführung...3. Produktion von solaren Brennstoffen Solarreaktor Aufgabenstellung Lösungsvarianten Drallströmung...0 Numerische Strömungsberechnung.... Diskretisierung.... Turbulenzmodellierung CFX - Modell Reaktorgeometrie Modellparameter... 4 Resultate Eindüsungs - Varianten Transiente Lösung Füllzyklus Gewölbtes Quarzglas Bevorzugte Eindüsungsvariante Schlussfolgerung Literatur...43 Anhänge... A- III

6 Tabellenverzeichnis Tabelle 3- Position der Argoneinlässe...7 Tabelle 3- Stoffeigenschaften... Tabelle 3-3 Diffusionsvolumen...3 Tabelle 3-4 Massenströme...4 Tabelle Anfangsbedingung der Massenanteile...6 Tabelle 4- Parameter der guten Lösungen aus der ersten Parameterstudie...30 Tabelle 4- Parameter der guten Lösungen aus der zweiten Parameterstudie...3 Tabelle 4-3 Parameter der bevorzugten Lösung...38 IV

7 Abbildungsverzeichnis Abbildung - Zinkzyklus... 4 Abbildung - Links: 45 kw High-Flux Solar Furnace mit dem Heliostat, Spiegelfläche von 0 m, und dem Parabolspiegel von 8.5 m Durchmesser. Rechts: ZIRRUS Solarreaktor in Betrieb Abbildung -3 ZIRRUS Reaktor... 6 Abbildung -4 Mit Zinkoxid beschlagene Quarzscheibe... 7 Abbildung -5 Links: Reaktormodell Ma. Rechts: Reaktor Ma Strömungsvisualisierung, Tangentialer Hauptfluss von 0 l/min, Radialer rauchbeladener Fluss mit l/min, Beleuchtung mit einer planaren Laser Strahlebene... 9 Abbildung -6 CFD Berechnung der Strömung im Reaktor Ma. Tangentialer Hauptfluss von 0 l/min, Radialer visualisierter Fluss mit l/min... 9 Abbildung -7 Strömungen mit verschiedenem Drall.... Abbildung -8 Abbildung - Simulation mit einem kleinen Drall und einem grösseren Drall... Finites Hexaedervolumenelement... Abbildung - Turbulenzmodelle....5 Abbildung -3 Zinkvolumenanteil an der Scheibe. Links: k-ε Turbulenzmodell. Rechts: SSG Turbulenzmodell....6 Abbildung 3- Ringspalt....8 Abbildung 3- Koordinatensystem und Düsenrichtung....8 Abbildung 3-3 Gitter der Eindüsungsüberprüfung: a) vereinfachtes Gitter, b) Gitter mit exaktem Einlass...9 Abbildung 3-4 Geschwindigkeitsprofil in der Querschnittsebene: a) vereinfachtes Gitter, b) Gitter mit exaktem Einlass...9 Abbildung Gitter mit 5'9 Hexaedern....0 Abbildung 3-6 Links: Konvergenz beim feinen Gitters; Rechts: Konvergenz beim Standartgitter....0 Abbildung 3-7 Links: Zinkvolumenanteil beim feinen Gitters. Rechts: Zinkvolumenanteil beim Standartgitter.... V

8 Abbildung 3-8 Wandtemperaturen und Wandbezeichnungen...4 Abbildung 4- Gewichtungsfaktoren für die Auswertung der Simulationsnummer a6 (Datei: R0_duese00_000.res)....9 Abbildung 4- Mittelwerte des Zinkvolumenanteils an der Quarzscheibe der ersten Parameterstudie...30 Abbildung 4-3 Beste Lösung aus der ersten Parameterstudie....3 Abbildung 4-4 Mittelwerte des Zinkvolumenanteils an der Quarzscheibe der zweiten Parameterstudie...3 Abbildung 4-5 Abbildung 4-6 Beste Lösung aus der zweiten Parameterstudie...33 Transiente Simulation...34 Abbildung 4-7 Mittelwerte des Zinkvolumenanteils an der Quarzscheibe wärend dem Füllzyklus Abbildung 4-8 Abbildung 4-9 Füllzyklus...36 Skizze des Reaktors mit einem gewölbtem Quarzglas...37 Abbildung 4-0 Molarer Zinkanteil in der Querschnittsebene...37 Abbildung 4- Links: Zinkanteil in der Querschnittsebene; Rechts: Zinkanteil an der Quarzscheibe...39 Abbildung 4- Links: Sauerstoffanteil in der Querschnittsebene; Rechts: Sauerstoffanteil an der Quarzscheibe Abbildung 4-3 Geschwindigkeitsfeld in der Querschnittsebene...40 Abbildung 4-4 Normierte Geschwindigkeitsvektoren in der x - z Ebene, der x - y Ebenen und mit den Geschwindigkeitsvektoren der Argoneinlässe...4 Abbildung A7- Mittelwerte des Zinkvolumenanteils an der Quarzscheibe bei Rotationsänderungen und Eindüsungswinkeländerungen...A-3 Abbildung A7- Zinkanteil der alten Eindüsungsvariante (R_alt_00.res)....A-3 VI

9 Abkürzungen PRE Professorship in Renewable Energy Carriers CFD Computational Fluid Dynamics Zn Zink ZnO Zinkoxid O Sauerstoff RMS Root Mean Square, rms( x) = x n n i= i VII

10 Symbole A Fläche, m u t C Courant Zahl, C =, - x c p Spezifische Wärmekapazität, J kg - K - d Durchmesser, m E Energie, J Fr Froude Zahl, Fr = u, - g L f V Volumenverhältnis, - g Erdanziehung, g = 9.8 m s - L Länge, m m Masse, kg m Massenstrom, kg s - M Molare Masse, kg mol - n Drehzahl, Umdrehungen pro Minute P Totaler Druck, Pa P s P 0 Partieller Druck, Pa Standart Druck, P 0 = 00'000 Pa R Universelle Gaskonstante, R = J mol - K - Re Reynoldszahl, r Radius, m t Zeit, s T Temperatur, K T 0 u x Re =,- ν Standart Temperatur, T 0 = 98.5 K U Geschwindigkeit, m s - V Volumenstrom, m 3 s - V 0 Norm T 0, p 0, Liter min - x, y, z Kartesische Koordinaten, m (g) Gasphase (s) Festphase VIII

11 Griechische Symbole η ν Dynamische Viskosität, Pa s Zähigkeit η ν =, m s - ρ λ Wärmeleitfähigkeit, W m - K - ρ Dichte, kg m -3 θ, φ Winkel, grad ω Winkelgeschwindigkeit, rad s - IX

12

13 Kurzfassung Solare Energie hat in der Zukunft ein grosses Potential. Ein Weg, um die Energie der Sonne für technische Zwecke nutzbar zu machen, ist die Umwandlung in chemische Energieträger, so genannte solare Brennstoffe. Eine Methode für die Umwandlung in solare Brennstoffe stellt der Zinkzyklus dar. In einem solaren Reaktor wird bei hohen Temperaturen Zinkoxid zu Zink reduziert. In einem zweiten endothermen Prozess, der sogennanten Hydrolyse, kann unter Zugabe von Wasserdampf das Zink wieder zu Zinkoxid oxidiert werden. Dabei wird Wasserstoff abgegeben. Das Zinkoxid wird wieder in den Solarreaktor zurückgeführt. Am Paul Scherrer Institut wurde der ZIRRUS Solarrektor entwickelt, der die Reaktion von Zinkoxid zu Zink und Sauerstoff mit Hilfe von konzentriertem Sonnenlicht ermöglicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Strömungsoptimierung des ZIRRUS Reaktors. Die konzentrierte Strahlung fällt durch ein Quarzglasfenster in den Reaktor. Bei einer schlechten Strömungskonfiguration beschlägt die Scheibe mit Zinkoxidpartikeln. Durch eine geeignete Zuführung von einem inerten Hilfsgas wird versucht, die Scheibe sauber zu halten. In dieser Arbeit wird beschrieben, wie das Strömungsproblem in das kommerzielle CFD Programm ANSYS CFX 0.0 [7] implementiert wird. Es wird ein Lösungsansatz vorgeschlagen, der das Beschlagen der Quarzscheibe verhindern soll. Durch radiale Eindüsungen von Argon in Scheibennähe und weitere von der Scheibe entfernten Eindüsungen wird versucht, eine minimale Zinkkonzentration an der Scheibe zu erhalten.

14

15 Einführung Erdöl als Primärenergie hat den Nachteil, dass die Erdölreserven endlich sind und bei der Verbrennung grosse Mengen an CO entstehen. Dieses Gas ist stark für die globale Erwärmung durch den Treibhauseffekt verantwortlich. Solare Energie ist ökologisch und für unsere Zeitvorstellung unlimitiert. Die Konzentration der solaren Strahlung ist auf der Erdoberfläche gering. In Mitteleuropa treffen pro Jahr etwa 000 kwh pro Quadratmeter auf die horizontale Fläche. In den sonnenintensiven Gebieten zwischen dem 30 nördlichen und dem 30 südlichen Breitengrad beträgt die mittlere jährliche Sonneneinstrahlung 350 kwh pro Quadratmeter. Bei einem Umwandlungswirkungsgrad von 0 % würde eine Kollektorfläche von 3 km x 3 km bei einer jährlichen Strahlung von 350 kwh pro Quadratmeter ausreichen, um den Gesamtenergiebedarf der Schweiz von.4 0 kwh (Jahr 004) zu decken. Diese Fläche entspricht etwa der.4 fachen Fläche des Neuenburgersees.. Produktion von solaren Brennstoffen Die Energie der Sonne muss konzentriert, gespeichert und in die Industriezentren und dicht besiedelten Gebiete transportiert werden. Für diesen Zweck kann konzentrierte Sonnenenergie in chemische Energieträger, die solaren Brennstoffe, gespeichert werden. Die Sonnenstrahlung wird mittels parabolischen Spiegeln konzentriert und in einem solaren Empfänger umschlossen. Man erhält hohe Temperaturen, welche für die thermochemische Produktion von solaren Brennstoffen verwendet wird. Es gibt mehrere Möglichkeiten die Sonnenenergie zu speichern. Als aussichtsreich hat sich der Zinkzyklus erwiesen. Ein Schema des Zinkzyklus ist in Abbildung - dargestellt. Zink dient dabei als Energieträger. In einem endothermen solaren Prozess wird Zinkoxid thermisch bei T > 000 K in Zink und Sauerstoff getrennt. In einem zweiten exothermen nicht solaren Prozess kann das Zink mit Wasserdampf bei einer Temperatur von T ~ 700 K oxidiert werden. Als Produkte entstehen Wasserstoff und Zinkoxid. Das Zinkoxid kann wieder solar rezykliert werden. Der Wasserstoff kann weiter in einer Brennstoffzelle zur Stromproduktion verwendet werden. Es ist auch möglich das Zink in einer Metall-Luft Brennstoffzelle oxidieren zu lassen. Desweiteren gibt es Zink-Luft Batterien, die eine 8 fache Leistungsdichte wie Bleiakkus haben. 3

16 Konzentrierte Sonnenenergie Zinkoxid SOLAR REAKTOR ZnO Zn + ½ O Zink METALL / LUFT BRENNSTOFFZELLE Zn + ½ O ZnO Sauerstoff Strom Wasser Zink WASSERAUFSPLITTUNGS REAKTOR Zn + H O ZnO + H Wasserstoff Abbildung - Zinkzyklus. Mit einer Prozesstemperatur von 000 K und einer Umgebungstemperatur von 98 K ist ein maximaler Carnotwirkungsgrad von 85 % möglich. Mit dem beschriebenen Reduktions- Oxidations-System lassen sich theoretische Wirkungsgrade über 30 % erzielen, wenn man die Solarstrahlung sehr stark konzentriert und die Wärme, die beim Abkühlen der Produkte anfällt, wieder zurückgewinnen kann. Bei den Versuchen mit dem ZIRRUS Reaktor wurde ein th maximaler Prozesswirkungsgrad von η P =.5 % erreicht. Der Prozesswirkungsgrad ist definiert als 0 n th Zn( s) GR(98K ) η P = &. () P Solar Wenn man das Zink direkt in einer Zink-Luft Brennstoffzelle in elektrische Energie umwandelt, ergibt sich die gespeicherte Energie im Zink durch die freie Gibbs'sche Enthalpie der Zink-Sauerstoff Reaktion. Die freie Gibbs'sche Enthalpie hat einen Wert von = kj mol -. 0 G R( 98 K ). Solarreaktor Die neuste Generation von Solarreaktoren für die solare Dissoziation von ZnO zu Zn und O ist der ZIRRUS Reaktor. Er wurde im Jahr 003 am Paul Scherrer Institut in Villigen entwickelt und gebaut. Der ZIRRUS Reaktor befindet sich in einer erfolgreichen Testphase und 4

17 stand bis heute während 00 Stunden im Einsatz. Die Solarstrahlung wird durch einen parabolischen Spiegel auf bis das 5000 fache konzentriert und über ein Quarzglasfenster in den Reaktor eingekoppelt. Das Fenster unterbindet die Diffusion und die direkte Konvektion zwischen den Gasen im Reaktor und der Umgebung. Ein grosser Nachteil der Quarzscheibe ist jedoch, dass sich dort Zinkoxidpartikel ablagern können, was zu einer Verschmutzung führt. Bei Ablagerungen von Partikeln auf der Scheibe wird ein grosser Teil der Strahlung an der Scheibe absorbiert und reflektiert. Der Energieeintrag in den Reaktor nimmt ab, was zu einer Verminderung der Reaktionsrate führt. Durch die erhöhte Absorption an der Scheibe steigt die Scheibentemperatur, was im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Quarzscheibe führt. In Abbildung - ist die Solaranlage des Paul Scherrer Instituts, sowie der ZIRRUS Reaktor in Betrieb dargestellt. Abbildung -3 zeigt ein Schnittbild des Reaktors (Stand 003 []). Abbildung - Links: 45 kw High-Flux Solar Furnace mit dem Heliostat, Spiegelfläche von 0 m, und dem Parabolspiegel von 8.5 m Durchmesser. Rechts: ZIRRUS Solarreaktor in Betrieb. 5

18 Abbildung -3 ZIRRUS Reaktor: ) Kavität ) Apertur 3) Quarzfenster 4) Rotierender Mantel 5) Antrieb 6) Isolation 7) Schneckenförderer 8) Produktgasauslass 9) Drehdurchführung 0) Arbeitsfluide: Argon und Kühlwasser. Das Zinkoxidpulver wird über eine Förderschnecke (7) in den Reaktor eingebracht. Der Füllmechanismus mit der Förderschnecke bewegt sich während der Füllphase entlang der Symmetrieachse und beschichtet dadurch gleichmässig die Reaktorwand. Der gesamte Reaktor rotiert um die 00 Umdrehungen pro Minute. Er ist in der Drehdurchführung (9) gelagert. Das Zinkoxidpulver haftet durch die Zentrifugalkräfte an den Wänden (). Mit inerten Hilfsgasen wird eine kontrollierte Gasströmung im Reaktor aufrechterhalten. Als Hilfsgas wird Argon verwendet. Die Strömung treibt die Produkte Zinkgas und Sauerstoff in den Auslass, wo sie gleich gekühlt werden, damit die Rückreaktion unterbunden wird. Weiter wird durch die Hilfsgaszuführung das Beschlagen der Quarzscheibe mit Zinkoxidpartikel vermieden. Um einen guten Wirkungsgrad zu erhalten, muss der Massenfluss des Hilfsgases auf ein Minimum reduziert werden. Das Hilfsgas muss vorgeheizt werden, damit gasförmiges Zink nicht durch einen kalten Hilfsgasstrom bereits im Reaktorraum in den festen Zustand wechselt. Bei einem hohen Argonmassenstrom wird ein grosser Teil der Solarenergie für das Aufheizen des Hilfsgases verwendet. Mit Argon muss man aus Kostengründen sparsam umgehen. 6

19 .3 Aufgabenstellung Das Ziel dieser Arbeit ist, die Ablagerung von Zink- und Zinkoxidpartikel am Fenster durch geeignete Zuführung von einem inerten Hilfsgas zu verhindern. Eine Möglichkeit, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden soll, stellt die Gasführung in Form eines Tornados dar. Abbildung -4 zeigt die beschlagene Quarzscheibe des ZIRRUS Reaktors. Beim aktuellen Reaktordesign ist die Scheibe nach kurzer Zeit beschlagen und muss ausgetauscht werden. Abbildung -4 Mit Zinkoxid beschlagene Quarzscheibe..4 Lösungsvarianten Es wurden schon diverse Arbeiten über das Problem der Beschlagung der Scheibe mit Zink und Zinkoxid verfasst. Paolo Rusconi und Andrea Savi untersuchten in ihrer Semesterarbeit [] mit CFX-5 das Eindüsen von Argon durch einen zweiten Ringspalt. Im ersten Ringspalt wird das Argongas radial eingedüst, im zweiten Ringspalt wird das Inertgas mit einem Winkel von 45 gegen das Fenster geblasen. Mit dieser Konfiguration zeigten sich gute Resultate, die aufgrund von ungüstig gewählten Parametern des CFD Modells mit Vorsicht zu bewerten sind. In der Semesterarbeit von Felix Hofer [] wurden diese Ideen überprüft und weiterentwickelt. Es wurde der Einfluss der Parameter Einströmwinkel und Flussmenge auf das Strömungsbild untersucht. Zusätzlich wurde noch der Einfluss des Förderkopfs während dem Füllzyklus mit einem quasistationären Modell berechnet. Alle berechneten Konfigurationen zeigten jedoch immer noch eine gewisse Zinkgaskonzentration in der Nähe des Quarzglases. Weiter ist das CFX Modell und die Gitterauflösung nach meinen Einschätzungen zu wenig genau, um eine repräsentative Lösung zu erhalten. Die technische Ausführung der gewählten Eindüsungspositionen ist problematisch. 7

20 Eine alternative Lösung zur Reinigung des Fensters, stellt die Eindüsung von Kohlenmonoxid in den Frontteil des Reaktors dar. Bei den Versuchen mit dem ZIRRUS Reaktor am Paul Scherrer Institut konnte die Scheibe während dem Prozess somit gereinigt werden. Sobald Zinkoxid an der Scheibe kondensiert, wird für ein paar Minuten dem Trägergas Argon 0 % Kohlenmonoxid beigemischt. Bei einer Fenstertemperatur von minimal 0 K reduziert das Kohlenmonoxid das abgelagerte Zinkoxid zurück zu Zinkdampf. Um die minimale Temperatur von 0 Kelvin zu erhalten, wird zusätzlich der Fokus auf die verschmutzte Stelle gerichtet. Diese Lösung ist aber unvorteilhaft, da Kohlendioxid entsteht, welches man als primäres Ziel des ganzen Zinkkreislaufs verhindern möchte. Dieses Verfahren ist in Reto Müller [] beschrieben. Abraham und Meir Kogan [3] erzielten gute Ergebnisse, bei solar Reaktoren. Sie erzeugten mit den Reaktionsgasen einen stabilen tornadoähnlichen Wirbel im Reaktor. Ein inertes Hilfsgas wurde radial zwischen die Fensterfläche und dem Tornado-Wirbel eingeblasen. Der Gasfluss des Hilfsgases konnte auf 5 % des Haupgasflusses reduziert werden. Der Tornado Effekt wurde durch eine Rauchgasvisualisierung demonstriert. Die beschriebene Lösung kann aber nicht auf den ZIRRUS Reaktor adaptiert werden, da der Versuchsreaktor von Abraham Kogan und Meir Kogan nicht rotiert und eine andere Geometrie aufweist. In folgender Abbildung ist der untersuchte Reaktor von Abraham und Meir Kogan skizziert. Der Fensterdurchmesser ist D = 80 mm, der Auslassdurchmesser ist D = 0 mm und die Länge des Kegels beträgt L = 00 mm. Über zwei Einlässe wird Gas eingeblasen. Beim fensternäheren Einlass wird das sekundäre Gas radial entlang dem Umfang eingedüst. Der Hauptgasfluss wird durch eine Impellerdisk um zirka 45 von der Radialrichtung zur Tangentialrichtung geneigt eingeblasen. 8

21 Abbildung -5 Links: Reaktormodell Ma. Rechts: Reaktor Ma Strömungsvisualisierung, Tangentialer Hauptfluss von 0 l/min, Radialer rauchbeladener Fluss mit l/min, Beleuchtung mit einer planaren Laser Strahlebene. Für den Reaktor Ma wird in CFX 0.0 ein Modell erstellt. Der Hauptfluss und der radiale Fluss bestehen aus Argon mit einer konstanten Temperatur von 98 K. Die radiale Eindüsung erfolgt über einen Ring mit einer Höhe von mm und einem Durchmesser von 00 mm. Der Hauptgassfluss wird über einen Ring, mit einer Höhe von mm, einem Durchmesser von 00 mm und in einem 45 Winkel zur Tangente, eingedüst. Der optische Vergleich zwischen dem Experiment von Abraham und Meir Kogan und der Graphik der CFD Lösung (Abbildung -6) kann als erste Validierung für das verwendete CFD Modell betrachtet werden. Abbildung -6 CFD Berechnung der Strömung im Reaktor Ma. Tangentialer Hauptfluss von 0 l/min, Radialer visualisierter Fluss mit l/min. 9

22 Aus dem Vergleich zwischen dem Experiment und der Simulation ist ersichtlich, dass die Simulation ein ähnliches Strömungsbild liefert. Ein Vorteil einer CFD Simulation gegenüber einem Experiment ist die Wahl der Parameter. Experimentelle Strömungsvisualisierungen werden oft aus Kostengründen und technischen Gründen bei Standartbedingungen durchgeführt. Eine CFD Simulation ist durch die Wahl der Temperatur und die Stoffdaten nicht beschränkt. Strömungsexperimente mit dem ZIRRUS Reaktor bei Temperaturen um 000 K wären mit einem grossen technischen Aufwand verbunden..5 Drallströmung Die Tornado-Gasführung ist eine Drallströmung. Tritt eine Drallströmung ins Freie (rotierender Freistrahl), hat diese einen grösseren Öffnungswinkel als ein Freistrahl ohne Drall. Diese Rotation erzeugt durch Zentrifugalkräfte einen radialen Druckgradienten mit einem Unterdruck im Innern. Ist der Drall stark genug, führt dieser Unterdruck zu einer Rückwärtsströmung entlang der Rotationsachse. Dieses Phänomen ist als Vortex-Breakdown bekannt. Diese sekundäre Strömung ist unerwünscht, da sie die Produktgase Sauerstoff und Zink gegen das Quarzglas treibt. Bei stationären Verbrennungssystemen hingegen, ist eine hohe Drallzahl nötig. Die Rückwärtsströmung bringt die heissen Gase zurück in das frisch einströmende Treibstoffgemisch und entzündet dieses. Das Strömungsfeld in einer Drallströmung wird durch die Drallzahl (Gleichung ) charakterisiert. Die Drallzahl ist abhängig vom axialen Impuls G z (Gleichung 3) und vom tangentialen Impuls G θ (Gleichung 4). Durch eine charakteristische Länge, den Radius r 0, wird die Drallzahl dimensionslos gemacht. S G = G θ z r 0 () 0 Gθ = ρ uθ u z π r dr (3) G z = 0 z ( ρ u + P) π r dr (4) Je grösser die Drallzahl ist, desto ausgeprägter wird der Vortex-Breakdown. In folgender Abbildung wird schematisch der Einfluss der Drallzahl auf die Strömung aufgezeigt. 0

23 kleiner Drall grosser Drall Abbildung -7 Strömungen mit verschiedenem Drall. Um den Wirbel des Vortex-Breakdown im ZIRRUS Reaktor klein zu halten oder zu verhindern, muss das Verhätniss zwischen der tangentialen und der axialen Geschwindigkeitskomponente stimmen. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente wird durch die Rotation des Reaktors und durch tangential gerichtete Argoneindüsungen bestimmt. Die axiale Geschwindigkeitskomponente wird vor allem durch den Massenfluss der radialen Argoneindüsungen beeinflusst. In der Abbildung -8 ist das Geschwindigkeitsvektorfeld in der Querschnittsebene einer Strömungssimulation des ZIRRUS Reaktors ersichtlich. Die Vektoren sind Normiert und auf die Querschnittsebene projiziert. In Fensternähe wird Argon über Düsen radial eingelassen. In der Nähe der Apertur sind die Argondüsen um 45 gegen die Tangente geneigt. Durch diese Düsen wird der Strömung eine Rotation aufgetragen. In der linken Abbildung beträgt das Volumenstromverhältnis zwischen den Düsen am Fenster und in Aberturnähe :. Durch die schwächere tangentiale Eindüsung wird der Drall der Strömung schwächer als in der Simulation der rechten Abbildung. In dieser wird mit einem Volumenstormverhältnis von : eingedüst. Der Drall ist stärker. In der rechten Abbildung ist gut der Vortex-Breakdown rechts der Apertur ersichtlich. Dieser Wirbel fördert das Zinkgas axial gegen die Quarzscheibe. Abbildung -8 Simulation mit einem kleinen Drall und einem grösseren Drall.

24 Numerische Strömungsberechnung Analytische Lösungen der Navier Stokes Gleichung existieren nur für die einfachsten Strömungen mit idealen Bedingungen. Um reale Strömungen zu berechnen, müssen die Gleichungen durch algebraische Approximationen ersetzt werden. Die räumliche Diskretisierung kann mit folgenden unterschiedlichen Methoden erfolgen: Finite-Differenzen-Methoden (FDM) Finite-Volumen-Methoden (FVM) Finite-Element-Methoden (FEM) Für die Strömungsberechnungen in dieser Arbeit wird das Programm CFX 0.0 der Firma ANSYS Inc. verwendet. Das Gitter wird mit dem Programm ANSYS ICEM 0.0 erstellt. Die räumliche Diskretisierung erfolgt mit einer Finiten-Volumen-Methode. Die FVM ist ein guter Kompromiss im Bezug auf die Flexibilität und die Genauigkeit im Vergleich mit der FDM und der FEM.. Diskretisierung Für den CFX Solver muss das Strömungsgebiet in finite Kontrollvolumen unterteilt werden. Die Kotrollvolumen können Hexaeder, Tetraeder oder Prismas sein. In dieser Arbeit wird ein strukturiertes Gitter aus Hexaedern verwendet, um eine hohe Gitterqualität zu erhalten. Abbildung - zeigt ein Hexaederelement mit den Elementknoten. Finites Volumen Knoten Abbildung - Finites Hexaedervolumenelement.

25 Die Lösungsvariablen von den Erhaltungsgleichungen und die Fluideigenschaften werden in den Elementknoten gespeichert. Aus dem Tutorial Discretisation and Solution Theory [7] ist ersichtlich, dass strukturierte Gitter anfällig auf ein Verschmieren der berechneten Werte sind. Wenn die Strömung nicht normal zu den Elementflächen verläuft, zum Beispiel in einer Zirkulation, muss die Strömung von einem Element in mehrere Elemente flussabwärts strömen. Wird eine Sprungfunktion als Einlassprofil verwendet, und ist diese nicht gleich dem Gitter ausgerichtet, wird diese Sprungfunktion progressiv verschmiert. Für Situationen in denen die Strömung in der ganzen Fluidumgebung nicht mit dem strukturierten Gitter ausgerichtet ist, limitieren diffusive Effekte die Genauigkeit der Lösung. Bei unstrukturierten Tetra- oder Prismanetzen, tritt dieses Problem nicht auf, da die Werte der Einströmungswinkel in die Volumenelemente statistisch verteilt sind. Die Erhaltungsgleichungen für Masse (Gleichung 5), Impuls (Gleichung 6) und einer passiven Skalare (Gleichung 7) werden in kartesischen Koordinaten beschrieben. t ρ + t x ( ρu ) + ( ρu U ) i t x j x j i j ( ρu ) = 0 P = + x x i x j j µ eff U U i + x j xi Φ x j ( ρφ) + ( ρu Φ) = Γ + SΦ j j j eff j (5) (6) (7) Die Gleichungen werden über das Kontrollvolumen integriert. Mit dem Gauss'schen Theorem können Volumenintegrale in Flächenintegrale transformiert werden. Wenn sich das Kontrollvolumen mit der Zeit nicht ändert, können die Gleichungen folgendermassen geschrieben werden. d dt d dt ρdv + ρu j dn j = V i j ρu idv + ρu ju idn j = Pdn j + µ eff + dn j + V d dt S S 0 U x j U x S S i Φ x ρφdv + ρu jφdn j = Γeff dn j + SΦ V S S j V dv V S Ui dv (8) (9) (0) 3

26 V ist das Integralvolumen, S die Integralfläche, dn j sind die differentialen kartesischen Komponenten vom normalen Oberflächenvektor. Die Flächenintegrale sind die Integration der Ströme und die Volumenintegrale repräsentieren Quelle-Terme. Diese stetigen Gleichungen müssen nun in diskrete Funktionen umgewandelt werden. Druck - Geschwindigkeits Kopplung Die Berechnung des Druckes P erfolgt in CFX [7] derart, dass die Kontinuitätsgleichung zum neuen Zeitpunk erfüllt wird. CFX braucht ein zweites nicht versetztes Gitter, um den Druck von der Geschwindigkeit zu entkoppeln. Die eindimensionale Massenerhaltung kann wie folgt beschrieben werden: U x i 3 4 x A p m& x i = 0. () Transiente Terme Die Zeitabhängigkeit wird mit dem First Order (Gleichung ) oder dem Second Order Backward Euler Schema (Gleichung 3) diskretisiert. Diese Schemas sind robust und implizit. Φ Φ Φ = t t Φ 3 = Φ Φ t t 0 + Φ 0 00 () (3) Diffusions Terme Shape Funktionen werden für die Ableitungen aller diffusiven Terme verwendet. Die Gradienten der Shape Funktionen können durch eine lineare Interpolation an jedem Integrationspunkt berechnet werden. Advektions Term Das implementierte Advektionsschema in CFX hat folgende Form: 4

27 v Φ = Φ + β Φ r (4) ip up Φ up ist der Wert im Aufwindknoten, Φ ist der Gradient von Φ und r v ist der Vektor vom Aufwindknoten zu ip. Der Faktor β wird in diesen Simulationen durch das High Resolution Scheme bestimmt. Das High Resolution Scheme berechnet β lokal, mit einem Wert möglichst nahe bei eins, ohne limitierende Bedingungen zu verletzten.. Turbulenzmodellierung Überschreitet die Reynoldszahl ihren kritischen Wert, wird eine Strömung turbulent. Die kleinskaligen Strukturen einer turbulenten Gasströmung liegen im Bereich von 0. mm. Ein Rechengitter mit einer Auflösung von 0. mm hat für ein Volumen von einem Kubikzentimeter '000'000 Elemente. Beim Solarreaktor würde die Rechenleistung der heutigen Rechner, bei einer maximalen Kantenlänge der Elemente von 0. mm, überschritten werden. Die Turbulenz wird daher nicht mit direkter numerischer Simulation (DNS) erfasst, sondern über Turbulenzmodelle approximiert. Die Turbulenzmodelle basieren entweder auf einer Mittelung der Navier Stokes Gleichung (RANS) oder auf einer Grobstruktursimulation (LES). Die RANS Modelle werden weiter in die Wirbelviskositätsmodelle und die Reynoldsspannungsmodelle unterteilt. Turbulenzmodelle Statistische Modellierung RANS Wirbelviskositätsmodelle Nullgleichungsmodelle Eingleichungsmodelle Zweigleichungsmodelle Reynoldsspannungsmodelle z.b. Spalart Allmares Modell z.b. k ε Modell, k ω Modell z.b. SSG Modell, BSL Modell Large Eddy Simulation LES Direkte Numerische Simulation DNS Abbildung - Turbulenzmodelle. 5

28 In der Arbeit von Kai Grunert [4] wurden verschiedene Turbulenzmodelle für Drallströmungen untersucht. Es erwies sich, dass für eine drallbehaftete Strömung das quadratische Reynoldsspannungsmodell (SSG) eine gute Approximation für einen weiten Bereich von Drallströmungen darstellt. Aus Diesem Grund wird in dieser Arbeit das SSG Turbulenzmodell verwendet. Das SSG Modell enthält keinen empirischen Ansatz wie die Wirbelviskositätsmodelle und kann daher komplexe Strömungen besser modellieren. Da mehrere Gleichungen gelöst werden müssen als beim populären k-ε Modell, wird die Berechnung zeitintensiver. In Abbildung -3 wird der Zinkvolumenateil an der Quarzscheibe verglichen. Die Randbedingungen sind in beiden Simulationen gleich. Die erste Simulation wurde mit dem k-ε Turbulenzmodell berechnet und die zweite Simulation mit dem SSG Turbulenzmodell. Abbildung -3 Zinkvolumenanteil an der Scheibe. Links: k-ε Turbulenzmodell. Rechts: SSG Turbulenzmodell. Die Variante mit dem SSG Turbulenzmodell berechnet einen höheren Zinkanteil an der Quarzscheibe. Bei der Verwendung des k-ε Modells würde es zu einer Unterschätzung des Zinkanteils kommen. 6

29 3 CFX - Modell Im diesem Kapitel ist beschrieben, welche allgemeinen Parameter im Pre-Prozess von CFX 0.0 eingegeben werden. 3. Reaktorgeometrie Die Geometrie des ZIRRUS Reaktors wird in dieser Arbeit nicht wesentlich verändert. Eine Optimierung der Geometrie für bessere Strömungsverhältnisse würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen. Eine Skizze des Reaktors mit Massangaben ist im Anhang A zu finden. 3.. Geometrie und Einlässe Das Koordinatensystem hat den Nullpunkt auf der inneren Fensterseite. Die z - Achse liegt in der Symmetrieachse. Die positive Richtung ist gegen den Auslass gerichtet. Die Gaseinlässe sind in CFX als Düsen, die sich auf einem Ringspalt mit einer Breite von mm befinden, modelliert. An folgenden Stellen sind Gaseinlässe für das inerte Gas vorgesehen: Tabelle 3- Position der Argoneinlässe Ringspalt Name Position Mittlerer Durchmesser inar 3 mm < z < 5 mm 80 mm inar 7 mm < z < 0 mm 80 mm 3 inark 45 mm < z < 47 mm 78 mm 3a inarka 40 mm < z < 4 mm 68 mm 4 inark 63 mm < z < 65 mm 78 mm Durch eine Fortran Routine ist es möglich den Ringspalt in einzelne rechteckige Düsen umzuwandeln. Die Routine spricht die einzelnen Knoten des Ringspalts an (siehe Abbildung 3-). Die Routine wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Im Anhang A4 ist der Quellcode beschrieben. Für jede Düse kann die Richtung und der Normvolumenstrom definiert werden. Die Axial-, Radial-, und Umfangseinlassgeschwindigkeit wird in der Routine berechnet und an den CFX-Solver übergeben. Auf der Restfläche des Ringspalts wird die Einlassgeschwindigkeit u normal = 0 m s - gesetzt. Die Restfläche ist nicht als Wand definiert, sondern als 7

30 Einlass. Sie sollte wegen den entstehenden Fehlern, auf Grund der Missachtung der non slip Wandbedingung in diesem Bereich, nicht zu gross werden. Der Winkel θ definiert die Abweichung von der Tangentialen und der Winkel φ definiert die Abweichung von der Symmetrieachse. Für die Berechnung der Gasgeschwindigkeit aus dem Volumenstrom wird die normale Fläche zur Eindüsungsrichtung verwendet. Die Eintrittsfläche ist an die Grösse der Hexaeder des Gitters gebunden. Bei einer nicht radialen Eindüsung, nimmt die normale Fläche der Eindüsungsrichtung als Funktion von den Winkeln φ und θ ab. Knoten Fläche der Rechteckdüse Geschwindigkeitsvektor mm Ringspalt Abbildung 3- Ringspalt. x x x y z θ z y y φ z Abbildung 3- Koordinatensystem und Düsenrichtung. Die z - Achse ist deckungsgleich mit der Symmetrieachse des Reaktors. In einer Testsimulation wird die Vereinfachung der Düseneinlässe auf Zelleinlässe, wie oben beschrieben, mit einer exakten Vernetzung eines Einlasses verglichen. In der vereinfachten Simulation erfolgt die Eindüsung über den Ringspalt, wobei die Fortran Routine eine Rechteckdüse mit den Abmessungen mm x 6.3 mm modelliert (siehe Abbildung 3-3a). In der Simulation mit der exakten Düsenabbildung wird die Düse durch einen Zylinder, mit Durchmesser 4 mm, modelliert (Abbildung 3-3b). Die exakte Düsenabbildung erfordert allerdings einen hohen Aufwand bei der Vernetzung mit Hexaedern, welcher mit der Anzahl der Düsen extrem steigt und bis zur Unmachbarkeit führen kann. Der Volumenstrom und die Düsenaustrittsfläche sind in beiden Simulationen gleich. 8

31 Abbildung 3-3 Gitter der Eindüsungsüberprüfung: a) vereinfachtes Gitter, b) Gitter mit exaktem Einlass. In der folgenden Abbildung wird das Geschwindigkeitsfeld der beiden Simulationen verglichen. Die Strömung hat den selben Charkter. Die kleinen Fehler, die durch das vereinfachte Gitter auftreten, sind vernachlässigbar. Abbildung 3-4 Geschwindigkeitsprofil in der Querschnittsebene: a) vereinfachtes Gitter, b) Gitter mit exaktem Einlass. 3.. Gitter Das strukturierte Rechengitter für die Strömungssimulation besteht aus Hexaedern Abbildung ). Im Bereich der Symmetrielinie sind die Hexaeder in einem quaderförmigen Hauptblock angeordnet. Zwischen dem Hauptblock und den zylindrischen Wänden wird ein O - Gitter mit Hexaedern erzeugt. Das gesamte Gitter besteht aus 59 Hexaedern und Knoten. Bei den Argon Einlässen und in Scheibennähe ist das Gitter verfeinert. Aus Übersichtsgründen in der Konstruktion des Gitters, ist es in zwei einzelne Gitter aufgeteilt. Die Trennfläche ist bei z = 75 mm festgelegt. Im Pre-Prozessor von CFX werden die zwei Gitter durch ein Interface wieder verbunden. 9

32 Abbildung Gitter mit 5'9 Hexaedern. Um den Einfluss des Gitters auf die Resultate abzuschätzen, wird eine Simulation mit einem feineren Gitter durchgeführt. Beim verfeinerten Gitter findet die Verfeinerung der Knotenabstände vor allem in den Wandbereichen statt. Beim feinen Gitter wird die Hexaederanzahl um 07 % auf 56'5 Hexaeder erhöht. Der Vergleich der Lösungen auf den zwei Gittern zeigt, dass mit 5'9 Hexaedern ein ausreichendes Gitter für die Simulationen zur Verfügung steht. Es wird die Konvergenz (Abbildung 3-6) und die Zinkvolumenanteile auf der Quarzscheibe und der x - z Querschnittsebene (Abbildung 3-7) verglichen..0e-0.0e-0.0e-03.0e-03.0e-04.0e-04.0e-05.0e-05.0e Iteration RMS P-Mass RMS U-Mom RMS V-Mom RMS W-Mom.0e Iteration RMS P-Mass RMS U-Mom RMS V-Mom RMS W-Mom Abbildung 3-6 Links: Konvergenz beim feinen Gitters; Rechts: Konvergenz beim Standartgitter. 0

Simulation von CO 2 -Schneestrahldüsen

Simulation von CO 2 -Schneestrahldüsen Simulation von CO 2 -Schneestrahldüsen Clemens Buske Dr. Volker Kassera CFD Consultants GmbH Sprollstraße 10/1 D-72108 Rottenburg Tel.: 07472 988688-18 www.cfdconsultants.de - Folie 1 / 33 - Überblick

Mehr

D = 10 mm δ = 5 mm a = 0, 1 m L = 1, 5 m λ i = 0, 4 W/mK ϑ 0 = 130 C ϑ L = 30 C α W = 20 W/m 2 K ɛ 0 = 0, 8 ɛ W = 0, 2

D = 10 mm δ = 5 mm a = 0, 1 m L = 1, 5 m λ i = 0, 4 W/mK ϑ 0 = 130 C ϑ L = 30 C α W = 20 W/m 2 K ɛ 0 = 0, 8 ɛ W = 0, 2 Seminargruppe WuSt Aufgabe.: Kabelkanal (ehemalige Vordiplom-Aufgabe) In einem horizontalen hohlen Kabelkanal der Länge L mit einem quadratischen Querschnitt der Seitenlänge a verläuft in Längsrichtung

Mehr

Vergleich von Computational Fluid Dynamics-Programmen in der Anwendung auf Brandszenarien in Gebäuden. Frederik Rabe, Anja Hofmann, Ulrich Krause

Vergleich von Computational Fluid Dynamics-Programmen in der Anwendung auf Brandszenarien in Gebäuden. Frederik Rabe, Anja Hofmann, Ulrich Krause Vergleich von Computational Fluid Dynamics-Programmen in der Anwendung auf Brandszenarien in Gebäuden Frederik Rabe, Anja Hofmann, Ulrich Krause Gliederung Einleitung Grundlagen Grundlagen CFD NIST FDS

Mehr

Einsatz von CFD für das Rapidprototyping von Fahrzeugzuheizern

Einsatz von CFD für das Rapidprototyping von Fahrzeugzuheizern Einsatz von CFD für das Rapidprototyping von Fahrzeugzuheizern Dipl.-Ing. Melanie Grote 1, Dr.-Ing. Klaus Lucka 1, Prof. Dr.-Ing. Heinrich Köhne 1, Dipl.-Ing. Günther Eberspach 2, Dr.-rer. nat. Bruno Lindl

Mehr

Untersuchungen zum korrelationsbasierten Transitionsmodell in ANSYS CFD

Untersuchungen zum korrelationsbasierten Transitionsmodell in ANSYS CFD Masterarbeit Studiendepartment Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau Untersuchungen zum korrelationsbasierten Transitionsmodell in ANSYS CFD Michael Fehrs 04. Oktober 2011 VI Inhaltsverzeichnis Kurzreferat Aufgabenstellung

Mehr

Strömungsoptimierung von Feuerräumen mittels Experiment und Computational Fluid Dynamics (CFD)

Strömungsoptimierung von Feuerräumen mittels Experiment und Computational Fluid Dynamics (CFD) Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor TIFF (LZW) benötigt. Strömungsoptimierung von Feuerräumen mittels Experiment und Computational Fluid Dynamics (CFD) Marc-André Baillifard Thomas Nussbaumer Hochschule

Mehr

Angewandte Strömungssimulation

Angewandte Strömungssimulation Angewandte Strömungssimulation 2. Praktikum Stefan Hickel Geometrie z=0 z=0,1 Ziel: turbulente Zylinderumströmung bei Re=2000 Größenabmessungen des Zylinders mit Integrationsgebiet (Größen a und h gem.

Mehr

Übungen zur Vorlesung. Energiesysteme

Übungen zur Vorlesung. Energiesysteme Übungen zur Vorlesung Energiesysteme 1. Wärme als Form der Energieübertragung 1.1 Eine Halle mit 500 m 2 Grundfläche soll mit einer Fußbodenheizung ausgestattet werden, die mit einer mittleren Temperatur

Mehr

Physik für Bauingenieure

Physik für Bauingenieure Fachbereich Physik Prof. Dr. Rudolf Feile Dipl. Phys. Markus Domschke Sommersemster 2010 17. 21. Mai 2010 Physik für Bauingenieure Übungsblatt 5 Gruppenübungen 1. Wärmepumpe Eine Wärmepumpe hat eine Leistungszahl

Mehr

Simulation von Kraftwerken und wärmetechnischen Anlagen

Simulation von Kraftwerken und wärmetechnischen Anlagen Bernd Epple, Reinhard Leithner, Wladimir Linzer, Heimo Walter (Hrsg.) Simulation von Kraftwerken und wärmetechnischen Anlagen Springer WienNew York Inhaltsverzeichnis Autorenverzeichnis Symbolverzeichnis

Mehr

FB IV Mathematik Universität Trier. Präsentation von Nadja Wecker

FB IV Mathematik Universität Trier. Präsentation von Nadja Wecker FB IV Mathematik Universität Trier Präsentation von Nadja Wecker 1) Einführung Beispiele 2) Mathematische Darstellung 3) Numerischer Fluss für Diffusionsgleichung 4) Konvergenz 5) CFL-Bedingung 6) Zusammenfassung

Mehr

Simulation einer Außenzahnradpumpe mit TwinMesh und ANSYS CFX

Simulation einer Außenzahnradpumpe mit TwinMesh und ANSYS CFX Simulation einer Außenzahnradpumpe mit TwinMesh und ANSYS CFX Farai Hetze Technische Universität Berlin Dr. Andreas Spille-Kohoff, Dipl.-Ing. Jan Hesse CFX Berlin Software GmbH Inhalt Einführung in die

Mehr

Theoretische Grundlagen

Theoretische Grundlagen Theoretische Grundlagen 1. Mechanismen der Wärmeübertragung Wärmeübertragung ist die Übertragung von Energie in Form eines Wärmestromes. ie erfolgt stets dort, wo Temperaturunterschiede innerhalb eines

Mehr

CFD-Simulation von Störkörpern

CFD-Simulation von Störkörpern CFD-Simulation von Störkörpern Arbeitsgruppe 7.52 Neue Verfahren der Wärmemengenmessung Fachgebiet Fluidsystemdynamik - Strömungstechnik in Maschinen und Anlagen Vor-Ort-Kalibrierung von Durchflussmessgeräten

Mehr

Multiple-Choice Test. Alle Fragen können mit Hilfe der Versuchsanleitung richtig gelöst werden.

Multiple-Choice Test. Alle Fragen können mit Hilfe der Versuchsanleitung richtig gelöst werden. PCG-Grundpraktikum Versuch 8- Reale Gas Multiple-Choice Test Zu jedem Versuch im PCG wird ein Vorgespräch durchgeführt. Für den Versuch Reale Gas wird dieses Vorgespräch durch einen Multiple-Choice Test

Mehr

CFD = Colorfull Fan Design

CFD = Colorfull Fan Design CFD = Colorfull Fan Design Ein kritischer Blick auf die Möglichkeiten von CFD in der Entwicklung von Ventilatoren Dr. Ing. Roy Mayer, FlowMotion, Delft (NL) Kurzfassung: Seit den letzten Jahren spielen

Mehr

1. Aufgabe (18,5 Punkte)

1. Aufgabe (18,5 Punkte) TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN LEHRSTUHL FÜR THERMODYNAMIK Prof. Dr.-Ing. T. Sattelmayer Prof. W. Polifke, Ph.D. Diplomvorprüfung Thermodynamik I Wintersemester 2008/2009 5. März 2009 Teil II: Wärmetransportphänomene

Mehr

Laserschneiddüsen. CFD-Simulation der Wechselwirkung zwischen einer supersonischen Düsenströmung und einem festen Werkstück

Laserschneiddüsen. CFD-Simulation der Wechselwirkung zwischen einer supersonischen Düsenströmung und einem festen Werkstück Laserschneiddüsen CFD-Simulation der Wechselwirkung zwischen einer supersonischen Düsenströmung und einem festen Werkstück Herr J. A. Comps Herr Dr. M. Arnal Herr Prof. Dr. K. Heiniger Frau Dr. I. Dohnke

Mehr

Untersuchung der Strömungsablösung in dreidimensionalen, runden Diffusoren mit Hilfe numerischer Strömungssimulation

Untersuchung der Strömungsablösung in dreidimensionalen, runden Diffusoren mit Hilfe numerischer Strömungssimulation Untersuchung der Strömungsablösung in dreidimensionalen, runden Diffusoren mit Hilfe numerischer Strömungssimulation Dipl. Ing. Dr. Michael Harasek und Christian Jordan Institut für Verfahrens-, Brennstoff-

Mehr

Thomas Höhne. Kühlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren. Vergleich von Kuhlmittelströmung und -vermischung in einem skalierten Modell des

Thomas Höhne. Kühlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren. Vergleich von Kuhlmittelströmung und -vermischung in einem skalierten Modell des FZRm21O Februar 1998 Thomas Höhne Kühlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren Vergleich von Kuhlmittelströmung und -vermischung in einem skalierten Modell des D WR Konvoi mit den Vorgängen im Originalreaktor

Mehr

Angewandte Strömungssimulation

Angewandte Strömungssimulation Angewandte Strömungssimulation 2. Vorlesung Stefan Hickel Numerische Strömungsberechnung CFD vereinfacht das Design: einfache aber langwierige Experimente können ersetzt werden es können Lösungen zu Problemen

Mehr

9.Vorlesung EP WS2009/10

9.Vorlesung EP WS2009/10 9.Vorlesung EP WS2009/10 I. Mechanik 5. Mechanische Eigenschaften von Stoffen a) Deformation von Festkörpern b) Hydrostatik, Aerostatik c) Oberflächenspannung und Kapillarität 6. Hydro- und Aerodynamik

Mehr

A Vortex Particle Method for Smoke, Fire, and Explosions

A Vortex Particle Method for Smoke, Fire, and Explosions Hauptseminar WS 05/06 Graphische Datenverarbeitung A Vortex Particle Method for Smoke, Fire, and Explosions ( Ein Wirbel-Partikel Ansatz für Rauch, Feuer und Explosionen ) Martin Petrasch Inhalt 1. Überblick

Mehr

Seite 1 von 2. Teil Theorie Praxis S Punkte 80+25 120+73 200+98 erreicht

Seite 1 von 2. Teil Theorie Praxis S Punkte 80+25 120+73 200+98 erreicht Seite 1 von 2 Ostfalia Hochschule Fakultät Elektrotechnik Wolfenbüttel Prof. Dr.-Ing. T. Harriehausen Bearbeitungszeit: Theoretischer Teil: 60 Minuten Praktischer Teil: 60 Minuten Klausur FEM für elektromagnetische

Mehr

Einsatz von CFD zur Simulation des Spülvorganges in der Nichteisen-Metallurgie

Einsatz von CFD zur Simulation des Spülvorganges in der Nichteisen-Metallurgie Einsatz von CFD zur Simulation des Spülvorganges in der Nichteisen-Metallurgie M. Krobath 1), A. Filzwieser 1), K. Gamweger 1) und O. Zach 1) 1) RHI Refractories Magnesitstrasse 2 A - 8700 Leoben Kurzfassung

Mehr

Protokoll 1. 1. Frage (Aufgabentyp 1 Allgemeine Frage):

Protokoll 1. 1. Frage (Aufgabentyp 1 Allgemeine Frage): Protokoll 1 a) Beschreiben Sie den allgemeinen Ablauf einer Simulationsaufgabe! b) Wie implementieren Sie eine Einlass- Randbedingung (Ohne Turbulenz!) in OpenFOAM? Geben Sie eine typische Wahl für U und

Mehr

8.2 Thermodynamische Gleichgewichte, insbesondere Gleichgewichte in Mehrkomponentensystemen Mechanisches und thermisches Gleichgewicht

8.2 Thermodynamische Gleichgewichte, insbesondere Gleichgewichte in Mehrkomponentensystemen Mechanisches und thermisches Gleichgewicht 8.2 Thermodynamische Gleichgewichte, insbesondere Gleichgewichte in Mehrkomponentensystemen Mechanisches und thermisches Gleichgewicht 8.2-1 Stoffliches Gleichgewicht Beispiel Stickstoff Sauerstoff: Desweiteren

Mehr

Interesse an numerischer Simulation für Vorgänge in Wärme- bzw. Kältespeichern

Interesse an numerischer Simulation für Vorgänge in Wärme- bzw. Kältespeichern Interesse an numerischer Simulation für Vorgänge in Wärme- bzw. Kältespeichern Thorsten Urbaneck, Bernd Platzer, Rolf Lohse Fakultät für Maschinenbau Professur Technische Thermodynamik 1 Quelle: Solvis

Mehr

Vergleich verschiedener Verbrennungsmodelle für die vorgemischte turbulente Verbrennung im Hinblick auf die motorische Anwendung

Vergleich verschiedener Verbrennungsmodelle für die vorgemischte turbulente Verbrennung im Hinblick auf die motorische Anwendung Vergleich verschiedener Verbrennungsmodelle für die vorgemischte turbulente Verbrennung im Hinblick auf die motorische Anwendung A. Brandl, M. Pfitzner, E.Tangermann, B.Durst, W. Kern 1 Übersicht: Einführung

Mehr

Bilanzgleichung der i-ten Komponente eines Systems mit r Reaktionen

Bilanzgleichung der i-ten Komponente eines Systems mit r Reaktionen 3.5 Die chemische Produktionsdichte Bilanzgleichung der i-ten Komponente eines Systems mit r Reaktionen und mit folgt Die rechte Seite der Gleichung wird als chemische Produktionsdichte bezeichnet: Sie

Mehr

SolidWorks Flow Simulation Kursleiterhandbuch. Präsentator Datum

SolidWorks Flow Simulation Kursleiterhandbuch. Präsentator Datum SolidWorks Flow Simulation Kursleiterhandbuch Präsentator Datum 1 Was ist SolidWorks Flow Simulation? SolidWorks Flow Simulation ist ein Programm zur Fluidströmungsund Wärmeübertragungsanalyse, das nahtlos

Mehr

Abb. 1 Akustikprüfstand, gemessene Geschwindigkeitsprofile hinter der Mehrlochblende (links); Spektrogramm der Mehrlochblende (rechts)

Abb. 1 Akustikprüfstand, gemessene Geschwindigkeitsprofile hinter der Mehrlochblende (links); Spektrogramm der Mehrlochblende (rechts) IGF-Vorhaben Nr. 17261 N/1 Numerische Berechnung des durch Turbulenz erzeugten Innenschalldruckpegels von Industriearmaturen auf der Basis von stationären Strömungsberechnungen (CFD) Die Vorhersage der

Mehr

Numerische Auslegung und CFD-Simulation einer Anlage zur Nutzung biogener Energieträger in Brennstoffzellen

Numerische Auslegung und CFD-Simulation einer Anlage zur Nutzung biogener Energieträger in Brennstoffzellen Numerische Auslegung und CFD-Simulation einer Anlage zur Nutzung biogener Energieträger in Brennstoffzellen Dr. Wolfram Heineken, Dipl.-Ing. T. Birth Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung

Mehr

Thermische Isolierung mit Hilfe von Vakuum. 9.1.2013 Thermische Isolierung 1

Thermische Isolierung mit Hilfe von Vakuum. 9.1.2013 Thermische Isolierung 1 Thermische Isolierung mit Hilfe von Vakuum 9.1.2013 Thermische Isolierung 1 Einleitung Wieso nutzt man Isolierkannen / Dewargefäße, wenn man ein Getränk über eine möglichst lange Zeit heiß (oder auch kalt)

Mehr

Simulation und Optimierung des Einströmbereiches einer künstlichen Leber mittels CFD

Simulation und Optimierung des Einströmbereiches einer künstlichen Leber mittels CFD Simulation und Optimierung des Einströmbereiches einer künstlichen Leber mittels CFD Das Leberunterstützungssystem Gebhard Schmidt, Hans Jörg Clemen Hans-Dieter Kleinschrodt, TFH Berlin Blutplasma Separator

Mehr

Rüdiger Schwarze. CFD-Modellierung. Grundlagen und Anwendungen bei Strömungsprozessen

Rüdiger Schwarze. CFD-Modellierung. Grundlagen und Anwendungen bei Strömungsprozessen CFD-Modellierung Rüdiger Schwarze CFD-Modellierung Grundlagen und Anwendungen bei Strömungsprozessen Rüdiger Schwarze Technische Universität Bergakademie Freiberg Freiberg Deutschland Zusätzliches Material

Mehr

Modulpaket TANK Beispielausdruck

Modulpaket TANK Beispielausdruck Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 1 Aufgabenstellung:... 2 Ermittlung von Wärmeverlusten an Tanks... 3 Stoffwerte Lagermedium... 6 Stoffwerte Gasraum... 7 Wärmeübergang aussen, Dach... 8 Wärmeübergang

Mehr

Vergleich der Anwendbarkeit verschiedener CFD Modelle zur Simulation von Brandereignissen Abgrenzung der Anwendungsgebiete von FDS gegenüber CFX

Vergleich der Anwendbarkeit verschiedener CFD Modelle zur Simulation von Brandereignissen Abgrenzung der Anwendungsgebiete von FDS gegenüber CFX Vergleich der Anwendbarkeit verschiedener CFD Modelle zur Simulation von Brandereignissen Abgrenzung der Anwendungsgebiete von FDS gegenüber CFX Wissenschaftliche Arbeit zur Erlangung des Grades Master

Mehr

CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen

CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen 14. DVV Kolloquium Kleinindustrielle Feuerungsanlagen: Aktueller Stand und Zukünftige Herausforderungen CFD Modellierung von Verbrennung und Strahlungswärmeübergang in stationären Flammen R. Tatschl,,

Mehr

Numerische Simulation eines biomassegefeuerten. Abbildung von Verschlackung. Fachtagung Prozesssimulation in der Energietechnik, 10.09.

Numerische Simulation eines biomassegefeuerten. Abbildung von Verschlackung. Fachtagung Prozesssimulation in der Energietechnik, 10.09. Fachtagung Prozesssimulation in der Energietechnik, 10.09.2014 Numerische Simulation eines biomassegefeuerten Kraftwerkskessels zur Abbildung von Verschlackung Thomas Plankenbühler, M.Sc. Dipl.-Ing. Dominik

Mehr

Vergleich und Adaption verschiedener Modellierungskonzepte zur numerischen Simulation von Wärmeübergangsphänomenen bei Motorbauteilen

Vergleich und Adaption verschiedener Modellierungskonzepte zur numerischen Simulation von Wärmeübergangsphänomenen bei Motorbauteilen Vergleich und Adaption verschiedener Modellierungskonzepte zur numerischen Simulation von Wärmeübergangsphänomenen bei Motorbauteilen DIPLOMARBEIT zur Erlangung des akademischen Grades DIPLOMINGENIEUR

Mehr

Thermische Simulation und Kühlung von Leiterplatten

Thermische Simulation und Kühlung von Leiterplatten Thermische Simulation und Kühlung von Leiterplatten In modernen Leistungselektronik Anwendungen wie z.b. Schaltnetzteilen müssen auf engstem Raum mehrere Leistungs-Halbleiter montiert werden. Die steigende

Mehr

Optimierung eines Radialventilators mit optislang und ANSYS CFD

Optimierung eines Radialventilators mit optislang und ANSYS CFD Optimierung eines Radialventilators mit optislang und ANSYS CFD Uwe Salecker CFX Berlin Software GmbH Uwe.Salecker@CFX-Berlin.de Simon Joßberger Lehrstuhl für Flugantriebe TU München Auslegung Förderaufgabe

Mehr

4 Netzgenerierung. strukturierter Code. unstrukturierter Code

4 Netzgenerierung. strukturierter Code. unstrukturierter Code 38 4 Netzgenerierung Die Grundlage für jede numerische Strömungsberechnung ist die geometrische Diskretisierung des Problemgebietes. Das Rechennetz beeinflußt neben der Turbulenzmodellierung und der Genauigkeit

Mehr

Physikalische Grundlagen der Hygrometrie

Physikalische Grundlagen der Hygrometrie Den Druck der durch die verdampfenden Teilchen entsteht, nennt man auch Dampfdru Dampfdruck einen gewissen Wert, so können keine weiteren Teilchen aus der Flüssigk Physikalische Grundlagen der Hygrometrie

Mehr

t ). Wird diese Verteilung experimentell ermittelt, so ist entsprechend Gl.(1) eine Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit

t ). Wird diese Verteilung experimentell ermittelt, so ist entsprechend Gl.(1) eine Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit W 4 Wärmeleitfähigkeit. Aufgabenstellung. Bestimmen Sie aus der zeitlichen Änderung der Wassertemperatur des Kalorimeters den Wärmeaustausch mit der Umgebung.. Stellen Sie die durch Wärmeleitung hervorgerufene

Mehr

Lösungen (ohne Aufgabenstellungen)

Lösungen (ohne Aufgabenstellungen) Kapitel 1 Das chemische Gleichgewicht Lösungen (ohne Aufgabenstellungen) Aufgaben A 1 Die Hin- und die Rückreaktion läuft nach der Einstellung des Gleichgewichts mit derselben Geschwindigkeit ab, d. h.

Mehr

Diskrete Elemente Methode - innovative Simulationsmethode zur Abbildung des dynamischen Schüttgutverhaltens

Diskrete Elemente Methode - innovative Simulationsmethode zur Abbildung des dynamischen Schüttgutverhaltens Diskrete Elemente Methode - innovative Simulationsmethode zur Abbildung des dynamischen Schüttgutverhaltens Dr. Harald Kruggel-Emden Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT) Ruhr-Universität

Mehr

Einführung in die Physik

Einführung in die Physik Einführung in die Physik für Pharmazeuten und Biologen (PPh) Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik Übung : Vorlesung: Tutorials: Montags 13:15 bis 14 Uhr, Liebig-HS Montags 14:15 bis 15:45, Liebig HS Montags

Mehr

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin Anwendungsbeispiele Simulation Strömungsberechnung eines Turboverdichters CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin CFX Berlin Software GmbH Tel.: +49 30 293 811 30 E-Mail: info@cfx-berlin.de

Mehr

3.8 Wärmeausbreitung. Es gibt drei Möglichkeiten der Energieausbreitung:

3.8 Wärmeausbreitung. Es gibt drei Möglichkeiten der Energieausbreitung: 3.8 Wärmeausbreitung Es gibt drei Möglichkeiten der Energieausbreitung: ➊ Konvektion: Strömung des erwärmten Mediums, z.b. in Flüssigkeiten oder Gasen. ➋ Wärmeleitung: Ausbreitung von Wärmeenergie innerhalb

Mehr

Schnelle und flexible Stoffwertberechnung mit Spline Interpolation für die Modellierung und Optimierung fortschrittlicher Energieumwandlungsprozesse

Schnelle und flexible Stoffwertberechnung mit Spline Interpolation für die Modellierung und Optimierung fortschrittlicher Energieumwandlungsprozesse Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Maschinenwesen, Fachgebiet Technische Thermodynamik M. Kunick, H. J. Kretzschmar, U. Gampe Schnelle und flexible Stoffwertberechnung mit Spline Interpolation für die

Mehr

Projekt: Business Development für FZ Jülich Implementierung zusätzlicher physikalischer Modelle in CFX-5

Projekt: Business Development für FZ Jülich Implementierung zusätzlicher physikalischer Modelle in CFX-5 AEA Technology GmbH Staudenfeldweg 12, 83624 Otterfing Proekt: Business Development für FZ Jülich Implementierung zusätzlicher physikalischer Modelle in CFX-5 Zwischenbericht März 2001 Version: FZJ-SEM2-Report-1.0

Mehr

Diskussion zu den Möglichkeiten hydroakustischer Anwendung aeroakustischer Verfahren

Diskussion zu den Möglichkeiten hydroakustischer Anwendung aeroakustischer Verfahren Diskussion zu den Möglichkeiten hydroakustischer Anwendung aeroakustischer Verfahren Iris Pantle FG Strömungsmaschinen Uni Karlsruhe Hydroakustische Anwendung aeroakustischer Verfahren Agenda : Ziel Methoden

Mehr

Formel X Leistungskurs Physik 2005/2006

Formel X Leistungskurs Physik 2005/2006 System: Wir betrachten ein Fluid (Bild, Gas oder Flüssigkeit), das sich in einem Zylinder befindet, der durch einen Kolben verschlossen ist. In der Thermodynamik bezeichnet man den Gegenstand der Betrachtung

Mehr

Grenzen verschieben. Turbinensimulation für Turbolader der nächsten Generation

Grenzen verschieben. Turbinensimulation für Turbolader der nächsten Generation Grenzen verschieben Turbinensimulation für Turbolader der nächsten Generation KWOK-KAI SO, BENT PHILLIPSEN, MAGNUS FISCHER Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) ist ein unverzichtbares

Mehr

Simulation der Pendelrampe des Scherlibaches. 1 Einführung in Computed Fluid Dynamics (CFD)

Simulation der Pendelrampe des Scherlibaches. 1 Einführung in Computed Fluid Dynamics (CFD) Simulation der Pendelrampe des Scherlibaches Lukas Moser: ProcEng Moser GmbH 1 Einführung in Computed Fluid Dynamics (CFD) 1.1 Grundlagen der numerischen Strömungssimulation CFD steht für computed fluid

Mehr

Visuelle Darstellungen

Visuelle Darstellungen 1 Visuelle Darstellungen Vom CFD-Modell zur Streamline-Dartstellung Ein Vortrag im Rahmen des Seminars Hydrodynamik des Blutes TU Dortmund Fakultät Physik 2 Inhalt Was sind Visuelle Darstellungen? Erstellung

Mehr

Simulation der Wechselwirkung Fäden-Luft in Filamentprozessen

Simulation der Wechselwirkung Fäden-Luft in Filamentprozessen Simulation der Wechselwirkung Fäden-Luft in Filamentprozessen 21. Hofer Vliesstofftage 8. / 9. November 2006 Marco Günther Übersicht Fadenmodellierung und -dynamik Wechselwirkung Fäden-Luft Glaswolleproduktion

Mehr

Simulation des motorischen Innenprozesses

Simulation des motorischen Innenprozesses Simulation des motorischen Innenrozesses Nocke, J., Lehrstuhl für Technische Thermodynamik Verbrennungsrozessrechnung-ASIM 003 LTT- Gliederung des Vortrages 1. Einleitung und Motivation. Physikalisch-emirische

Mehr

Simulation von räumlich verteilten kontinuierlichen Modellen

Simulation von räumlich verteilten kontinuierlichen Modellen Vorlesungsreihe Simulation betrieblicher Prozesse Simulation von räumlich verteilten kontinuierlichen Modellen Prof. Dr.-Ing. Thomas Wiedemann email: wiedem@informatik.htw-dresden.de HOCHSCHULE FÜR TECHNIK

Mehr

3D-Convection Zwischen Systemsimulation und CFD

3D-Convection Zwischen Systemsimulation und CFD 3D-Convection Zwischen Systemsimulation und CFD Vitja Schröder 25.03.2015 3D Innenraummodell 1 Vitja Schröder Ladestraße 2 38442 Wolfsburg, Germany Tel: ++49-(0)5362-938 28 84 schroeder@xrg-simulation.de

Mehr

Numerische Simulation in der Luft- und Raumfahrttechnik

Numerische Simulation in der Luft- und Raumfahrttechnik Numerisce Simulation in der Luft- und Raumfarttecnik Dr. Felix Jägle, Prof. Dr. Claus-Dieter Munz (IAG) Universität Stuttgart Pfaffenwaldring, 70569 Stuttgart Email: felix.jaegle@iag.uni-stuttgart.de Inalt

Mehr

Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III)

Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III) 07.03.2012 14.00 Uhr 17.00 Uhr Moritz / Pauer Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III) Die folgende Tabelle dient Korrekturzwecken und darf vom Studenten nicht ausgefüllt werden. 1 2 3 4 5 6

Mehr

5 Gase...2. 5.1 Das ideale Gasgesetz...2. 5.2 Kinetische Gastheorie...3. 5.2.1 Geschwindigkeit der Gasteilchen:...5. 5.2.2 Diffusion...

5 Gase...2. 5.1 Das ideale Gasgesetz...2. 5.2 Kinetische Gastheorie...3. 5.2.1 Geschwindigkeit der Gasteilchen:...5. 5.2.2 Diffusion... 5 Gase...2 5.1 Das ideale Gasgesetz...2 5.2 Kinetische Gastheorie...3 5.2.1 Geschwindigkeit der Gasteilchen:...5 5.2.2 Diffusion...5 5.2.3 Zusammenstöße...6 5.2.4 Geschwindigkeitsverteilung...6 5.2.5 Partialdruck...7

Mehr

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin Anwendungsbeispiele Simulation Elektromagnetische Simulation eines Elektromotors CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin CFX Berlin Software GmbH Tel.: +49 30 293 811 30 E-Mail: info@cfx-berlin.de

Mehr

Test und Validierung der Simulationswerkzeuge zu Deborierungsstörfällen

Test und Validierung der Simulationswerkzeuge zu Deborierungsstörfällen 4 Reaktorsicherheitsanalysen 4.2 Test und Validierung der Simulationswerkzeuge zu Deborierungsstörfällen Joachim Herb Dr. Wolfgang Horche Borsäure wird als löslicher Neutronenabsorber im Primärkreis von

Mehr

CFD * in der Gebäudetechnik

CFD * in der Gebäudetechnik CFD * in der Gebäudetechnik * CFD = Computational Fluid Dynamics Innenraumströmung Systemoptimierung Weitwurfdüsen Anordnung von Weitwurfdüsen in einer Mehrzweckhalle Reinraumtechnik Schadstoffausbreitung

Mehr

Beispiele zum Einsatz numerischer Strömungsrechnung in der Zementindustrie

Beispiele zum Einsatz numerischer Strömungsrechnung in der Zementindustrie Beispiele zum Einsatz numerischer Strömungsrechnung in der Zementindustrie M. Cabrera 2), H. Schoeffmann 1), J. Vanderstichelen 2) und M. Weichinger 3) 1) Lafarge CTEC, Wien Gumpendorfer Straße 19-21 A

Mehr

Kopplung von CFD und Populationsbilanz zur Simulation der Tropfengrößenverteilung in gerührten Systemen

Kopplung von CFD und Populationsbilanz zur Simulation der Tropfengrößenverteilung in gerührten Systemen Kopplung von CFD und Populationsbilanz zur Simulation der Tropfengrößenverteilung in gerührten Systemen A.Walle 1,J. Heiland 2,M. Schäfer 1,V.Mehrmann 2 1 TUDarmstadt, Fachgebietfür Numerische Berechnungsverfahren

Mehr

Belagbildung und Korrosion in Dampferzeugern mit schwierigen Brennstoffen

Belagbildung und Korrosion in Dampferzeugern mit schwierigen Brennstoffen Belagbildung und Korrosion in Dampferzeugern mit schwierigen Brennstoffen Wolfgang Spiegel, Gabi Magel, Thomas Herzog, Wolfgang Müller, Werner Schmidl GmbH, Augsburg www.chemin.de 1 MVA Augsburg Kraftwerke

Mehr

Anwendung von CFD-Verfahren zur Analyse von Propellerentwürfen im Hinblick auf verkehrswasserbauliche Fragestellungen

Anwendung von CFD-Verfahren zur Analyse von Propellerentwürfen im Hinblick auf verkehrswasserbauliche Fragestellungen zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Anwendung von CFD-Verfahren zur Analyse von Propellerentwürfen im Hinblick auf verkehrswasserbauliche Fragestellungen M. Abdel-Maksoud, S.-B. Müller, M. Gutsch

Mehr

Thermodynamik Formelsammlung

Thermodynamik Formelsammlung RH-öln Thermoynamik ormelsammlung 2006 Thermoynamik ormelsammlung - I 1 Grunlagen Boltzmannkonstante: 1.3 Größen un Einheitensysteme Umrechnung ahrenheit nach Celsius: Umrechnung Celsius nach elvin: abgeschlossenes

Mehr

Wärmeübertragung an einem Heizungsrohr

Wärmeübertragung an einem Heizungsrohr HTBL ien 0 ärmeübertragung Seite von 7 DI Dr. techn. Klaus LEEB klaus.leeb@surfeu.at ärmeübertragung an einem Heizungsrohr Mathematische / Fachliche Inhalte in Stichworten: Verwendung von empirischen Gleichungen,

Mehr

Dynamische Modellierung einer Anlage zur solaren Wasserstoffherstellung

Dynamische Modellierung einer Anlage zur solaren Wasserstoffherstellung www.dlr.de Folie 1 Dynamische Modellierung einer Anlage zur solaren Wasserstoffherstellung www.dlr.de Folie 2 Inhalt ydrosol 3D Modellierung Ergebnisse O Prinzip Geschichte Was? Wie? Warum so? Ist das

Mehr

kg K dp p = R LuftT 1 ln p 2a =T 2a Q 12a = ṁq 12a = 45, 68 kw = 288, 15 K 12 0,4 Q 12b =0. Technische Arbeit nach dem Ersten Hauptsatz:

kg K dp p = R LuftT 1 ln p 2a =T 2a Q 12a = ṁq 12a = 45, 68 kw = 288, 15 K 12 0,4 Q 12b =0. Technische Arbeit nach dem Ersten Hauptsatz: Übung 9 Aufgabe 5.12: Kompression von Luft Durch einen Kolbenkompressor sollen ṁ = 800 kg Druckluft von p h 2 =12bar zur Verfügung gestellt werden. Der Zustand der angesaugten Außenluft beträgt p 1 =1,

Mehr

Telezentrische Meßtechnik

Telezentrische Meßtechnik Telezentrische Meßtechnik Beidseitige Telezentrie - eine Voraussetzung für hochgenaue optische Meßtechnik Autor : Dr. Rolf Wartmann, Bad Kreuznach In den letzten Jahren erlebten die Techniken der berührungslosen,

Mehr

Computer Vision: Optische Flüsse

Computer Vision: Optische Flüsse Computer Vision: Optische Flüsse D. Schlesinger TUD/INF/KI/IS Bewegungsanalyse Optischer Fluss Lokale Verfahren (Lukas-Kanade) Globale Verfahren (Horn-Schunck) (+ kontinuierliche Ansätze: mathematische

Mehr

5.1 Einführung. 5.2 Die Raumdiskretisierung. Vorlesungsskript Hydraulik II 5-1

5.1 Einführung. 5.2 Die Raumdiskretisierung. Vorlesungsskript Hydraulik II 5-1 Vorlesungsskript Hydraulik II 5-5 Numerische Methoden Das vorliegende Kapitel dient dazu, numerische Methoden unabhängig vom Anwendungsgebiet einzuführen. Es soll die Grundzüge der verschiedenen Verfahren

Mehr

Auslegung, Entwurf, Nachrechnung und Optimierung einer Hochdruck-Turboverdichterstufe

Auslegung, Entwurf, Nachrechnung und Optimierung einer Hochdruck-Turboverdichterstufe Auslegung, Entwurf, Nachrechnung und Optimierung einer Hochdruck-Turboverdichterstufe Alexander Fischer, Marius Korfanty, Ralph-Peter Müller CFturbo Software & Engineering GmbH, München Johannes Strobel

Mehr

Angewandte Strömungssimulation

Angewandte Strömungssimulation Angewandte Strömungssimulation 4. Praktikum Stefan Hickel Ziel Strukturiertes Gitter erstellen Stationäre kompressible Zylinderumströmung (M>0,1) im Windkanal simulieren Einfluss von y + auf den Widerstandsbeiwert

Mehr

2. Chemische Reaktionen und chemisches Gleichgewicht

2. Chemische Reaktionen und chemisches Gleichgewicht 2. Chemische Reaktionen und chemisches Gleichgewicht 2.1 Enthalpie (ΔH) Bei chemischen Reaktionen reagieren die Edukte zu Produkten. Diese unterscheiden sich in der inneren Energie. Es gibt dabei zwei

Mehr

Vordiplomsklausur Physik

Vordiplomsklausur Physik Institut für Physik und Physikalische Technologien der TU-Clausthal; Prof. Dr. W. Schade Vordiplomsklausur Physik 14.Februar 2006, 9:00-11:00 Uhr für den Studiengang: Maschinenbau intensiv (bitte deutlich

Mehr

LES und RANS-Simulationen im Vergleich mit Stereo-PIV am Beispiel eines Rohrdurchmessersprunges in DN 15

LES und RANS-Simulationen im Vergleich mit Stereo-PIV am Beispiel eines Rohrdurchmessersprunges in DN 15 Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik 9. 11. September 2014, Karlsruhe LES und RANS-Simulationen im Vergleich mit Stereo-PIV am Beispiel eines Rohrdurchmessersprunges in DN 15 LES and RANS-simulations

Mehr

von Festbettreaktoren für stark exotherme STAR-Konferenz Deutschland 09. und 10.11.2009 Kevin Seidler / Thomas Eppinger Fachgebiet Verfahrenstechnik

von Festbettreaktoren für stark exotherme STAR-Konferenz Deutschland 09. und 10.11.2009 Kevin Seidler / Thomas Eppinger Fachgebiet Verfahrenstechnik Kopplung von DEM und CFD zur Simulation von Festbettreaktoren für stark exotherme Reaktionen Cand.-Ing. Kevin Seidler Dipl.-Ing. Thom mas Eppinger thomas.eppinger@tu-berlin.de 314-8733 Gliederung Motivation

Mehr

Verbesserung der Langsamflugeigenschaften des Doppeldeckers FK-12 Comet mit Hilfe von Strömungssimulationen

Verbesserung der Langsamflugeigenschaften des Doppeldeckers FK-12 Comet mit Hilfe von Strömungssimulationen Verbesserung der Langsamflugeigenschaften des Doppeldeckers FK-12 Comet mit Hilfe von Strömungssimulationen Tim Federer, Peter Funk, Michael Schreiner, Christoph Würsch, Ramon Zoller Institut für Computational

Mehr

Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen

Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen Springer-Lehrbuch Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen Band 2: Mehrstoffsysteme und chemische Reaktionen Bearbeitet von Peter Stephan, Karlheinz Schaber, Karl Stephan, Franz Mayinger Neuausgabe

Mehr

Münze auf Wasser: Resultierende F gegen Münze: Wegrdrängen der. der Moleküle aus Oberfl. analog zu Gummihaut.

Münze auf Wasser: Resultierende F gegen Münze: Wegrdrängen der. der Moleküle aus Oberfl. analog zu Gummihaut. 5.3 Oberflächenspannung mewae/aktscr/kap5_3_oberflsp/kap5_3_s4.tex 20031214 Anziehende Molekularkräfte (ànm) zwischen Molekülen des gleichen Stoffes: Kohäsionskräfte,...verschiedene Stoffe: Adhäsionskräfte

Mehr

Energie, mechanische Arbeit und Leistung

Energie, mechanische Arbeit und Leistung Grundwissen Physik Klasse 8 erstellt am Finsterwalder-Gymnasium Rosenheim auf Basis eines Grundwissenskatalogs des Klenze-Gymnasiums München Energie, mechanische Arbeit und Leistung Mit Energie können

Mehr

Wasseroberfläche von Wasserwellen. Particle Hydrodynamics (SPH)

Wasseroberfläche von Wasserwellen. Particle Hydrodynamics (SPH) 07. Februar 2008 Die Beschreibung der freien Wasseroberfläche von Wasserwellen mit der Methode der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Anwendungen und erste Erfahrungen mit dem Programmpaket Dipl.-Ing.

Mehr

Simulation von kleinräumigen Windfeldern in alpinem Gelände

Simulation von kleinräumigen Windfeldern in alpinem Gelände imulation von kleinräumigen Windfeldern in alpinem Gelände Inhalt Einleitung CFD imulation lokaler Windfelder Modellgleichungen Problem der offenen Randbedingungen Turbulenzmodell Datenquellen für imulation

Mehr

Brennstoffverbrennung

Brennstoffverbrennung Brennstoffverbrennung Typologisierung der Verbrennungen Verbrennungsreaktionen Globalreaktionen Elementarschritte Reaktion und Dissoziation, Reaktionsrichtung Einführung in die Brennerkonstruktion Flammentemperatur,

Mehr

Physik für Elektroingenieure - Formeln und Konstanten

Physik für Elektroingenieure - Formeln und Konstanten Physik für Elektroingenieure - Formeln und Konstanten Martin Zellner 18. Juli 2011 Einleitende Worte Diese Formelsammlung enthält alle Formeln und Konstanten die im Verlaufe des Semesters in den Übungsblättern

Mehr

CFD-Simulation der Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken

CFD-Simulation der Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken 1 CFD-Simulation der Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken Hintergrund Der Zweck der CFD-Simulation besteht darin, die Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken zu untersuchen,

Mehr

Praktische Einführung in die Chemie Integriertes Praktikum:

Praktische Einführung in die Chemie Integriertes Praktikum: Praktische Einführung in die Chemie Integriertes Praktikum: Versuch 1-2 (MWG) Massenwirkungsgesetz Versuchs-Datum: 20. Juni 2012 Gruppenummer: 8 Gruppenmitglieder: Domenico Paone Patrick Küssner Michael

Mehr

Wirkungsgradsteigerung. von Kohlekraftwerken. mit Hilfe von CFD-Simulationen. der Luft- und Rauchgaskanäle. in bestehenden Anlagen

Wirkungsgradsteigerung. von Kohlekraftwerken. mit Hilfe von CFD-Simulationen. der Luft- und Rauchgaskanäle. in bestehenden Anlagen Wirkungsgradsteigerung von Kohlekraftwerken mit Hilfe von CFD-Simulationen der Luft- und Rauchgaskanäle in bestehenden Anlagen Dipl. Ing. Daniel Depta Dresden, 13.10.2010 Inhaltsverzeichnis 1. Beschreibung

Mehr

Chemie Klausur #1 12.2

Chemie Klausur #1 12.2 Chemie Klausur #1 12.2 Chemisches Gleichgewicht Ein chemisches Gleichgewicht liegt bei allen Reaktionen vor, die umkehrbar sind. Dabei wird bei bestimmten Bedingungen vor allem die Synthese (Erstellung)

Mehr

Kapitel 1. Einführung. 1.1 Vorbemerkungen

Kapitel 1. Einführung. 1.1 Vorbemerkungen 1 Kapitel 1 Einführung 1.1 Vorbemerkungen In Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik spielen Transport- und Austauschprozesse eine grosse Rolle. Sie erscheinen in einer unüberschaubaren Vielfalt:

Mehr

Arbeit und Leistung. 2mgs/2 = mgs. m g. m g. mgs = const. m g. 2m g. .. nmgs/n = mgs

Arbeit und Leistung. 2mgs/2 = mgs. m g. m g. mgs = const. m g. 2m g. .. nmgs/n = mgs Arbeit und Leistung s s m g m g mgs = mgs s/2 mgs = const. s 2m g m g 2mgs/2 = mgs.. nmgs/n = mgs Arbeit und Leistung Arbeit ist Kraft mal Weg Gotthardstraße Treppe und Lift Feder Bergsteiger/Wanderer

Mehr