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Experimentelle Untersuchung von Strömungsphänomenen in porösen Medien und Schüttungen mittels PIV (Particle Image Velocimetry)

Aufbau der Anlage
Gemessene Geschwindigkeitsverteilung im Porenraum

Gegenstand des Projektes ist die Bereitstellung von experimentellen Daten und die Validierung von Modellen zur Berechnung von Strömungen in porösen Medien. In verfahrenstechnischen Anlagen (z.B. Festbettreaktor, Wirbelschicht) aber auch natürlichen Vorkommen (z.B. Grundwasser, Erdölförderung) sind derartige Transportvorgänge von großer Bedeutung. Mittels optischer Messmethoden, insb. der Particle-Image Velocimetry, wird das Strömungsfeld in Schüttungen aus sphärischen Partikeln und anderen typischen Füllkörpern für Reaktoren (z.B. Raschigringe) direkt bestimmt. Gegenüber anderen optischen Methoden (Laser Doppler Anemometry) bietet die PIV Methode den Vorteil, das sie sofort Feldgrößen liefert. Anders als bei Sondenmessungen (Hotwire Anemometry, Druckmessung) erfolgt die Messung nicht-invasiv, d.h. rückwirkungsfrei. Voraussetzung für die Nutzung einer optischen Messmethode zur Bestimmung von Strömungsgrößen in den vorliegenden komplexen Geometrien ist die möglichst perfekte Anpassung der Brechungsindizes des Arbeitsfluids und der aus Glas gefertigten, durchströmten Reaktorgeometrie und der Partikel. Die ermittelten Geschwindigkeitsdaten werden eingesetzt, um die auf empirischen Modellen basierenden Verfahren zur Berechnung von Strömungen in Festbettreaktoren zu bewerten und um numerische Berechnungen auf der Basis der Navier-Stokesschen Gleichungen zu validieren. Gleichzeitig soll die Messmethode um robuste Algorithmen zur Auswertung der PIV Daten weiter entwickelt werden.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Gunther Brenner, Raum 126, Tel. 05323 72-2515
Dipl.-Ing. Adeline Tchikango, Raum 122, Tel. 05323 72-3565

Literatur

  • C. Knieke, Messung von Geschwindigkeitsfeldern in Kugelschüttungen mit der PIV Methode“, Studienarbeit, Institut für Technische Mechanik, TU Clausthal, 2005.
  • K. Stahr, Konstruktion einer Versuchsanlage zur optischen Messung von Strömungen, Studienarbeit, Institut für Technische Mechanik, TU Clausthal, 2006.
  • A.F.S. Ibánez, Geschwindigkeitsuntersuchungen in Festbetten, Alejandra Francisca Segarra Ibánez, Diplomarbeit Institut für Technische Mechanik, TU Clausthal, 2008.
  • A.S. Tchikango , C. Knieke, G. Brenner, Geschwindigkeitsmessungen in Schüttungen mittels Particle Image Velocimetrie (PIV), Chemie Ingenieur Technik, (2006), vol. 78, No. 6, pp. 747-750.
  • A.S. Tchikango, P. Giese, G. Brenner, V. Wesling, „Numerische und Experimentelle Untersuchungen der Partikelbewegung beim Plasmaschweißen“, Chemie Ingenieur Technik, (2007), vol. 79, No, 10, pp. 1699-1703.
  • A.S. Tchikango, P. Giese, G. Brenner, V. Wesling, „Numerical and Experimental Study of Particle Motion in Plasma Arc Welding”, Fluid Dynamics and Materials Processing, (2008), vol. 4, No. 2, pp. 77-84.
  • A.S. Tchikango, Experimentelle Untersuchungen von Strömungen in Kugelschüttungen und Validierung mittels CFD, GVC-Fachausschuss Mehrphasenströmung und Computational Fluid Dynamics, Überlingen, 04.03.06.
  • A.S. Tchikango, Measurements of Flows in randomly Packed Beds using the Particle Image Velocimetry”, 13th Int. Symp. On Appl. Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, June 26-29 2006.
  • A.S. Tchikango, PIV-Anwendungen am ITM, Norddeutsches Mechanikkolloquium, Febr. 2007, Göttingen.
  • A.S. Tchikango, Geschwindigkeitsmessungen in Schüttungen mittels Particle Image Velocimetry, Measurement 2008, Göttingen, 20-21 Februar 2008.
 

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