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Chemischer
Gleichgewichtsrechner

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Bockhorn, H.: "Some notes on challenges of combustion in future energy systems".
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Bachelor-/Masterarbeit

Numerische Untersuchung des Druckeinflusses auf den Primärzerfall von hochviskosen Flüssigkeiten


Kurzbeschreibung:
Motivation:

Im Rahmen der angestrebten Energiewende bietet die Nutzung oder Verwertung biogener Roh- und Abfallstoffe sowie fossiler Brennstoffe von niederer Qualität über den Prozessweg der Vergasung in einem Hochdruckflugstromvergaser zu Synthesegas einen vielversprechenden Ansatz im Hinblick auf Last- und Produktflexibilität für zukünftige Energieversorgungssysteme. Das erzeugte Synthesegas kann in einem nachfolgenden Schritt als Brennstoff in einer Gasturbine zur Strom- und Dampferzeugung eingesetzt oder mittels katalytischer Prozessen zur Synthese von SNG (Substitute Natural Gas) oder hochwertiger flüssiger Kraftstoffe (CtL,Btl) umgesetzt werden.
Aufgrund der komplexen physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Partikelbeladung und der typischerweise sehr hohen Viskosität der Einsatzstoffe von bis zu 1000 mPa s kommen dabei vor allem gasgestützte Zerstäuberdüsen (Zweistoffdüsen) zum Einsatz. Um einen möglichst vollständigen Brennstoffumsatz sowie eine hohe Synthesegasqualität (Kein Ruß oder nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe) zu erreichen ist es notwendig eine hohe Spraygüte bei der Zerstäubung des Brennstoffes zu erreichen.
Daher ist eine umfassende Kenntnis des Zerstäubungsprozesses notwendig. Zu diesem Zweck wird am Institut der Primärzerfall des Flüssigkeitsstrahls in einer solchen Zweistoffdüse mittels der Volume-Of-Fluid-methode simuliert.

Aufgabenstellung:
Die Aufgabe dieser Arbeit ist es den Vorgang des Primärzerfalls eines hochviskosen Modellfluids in einer gasgestützten Zweistoffdüse mittels der LES-VOF (Large Eddy Simulation-Volume of Fluid Method) in OpenFOAM zu simulieren. Insbesondere ist der Einfluss des erhöhten Betriebsdrucks auf das Verhalten/Qualität des Primärzerfall zu untersuchen. Die Rechenergebnisse werden mit entsprechenden Experimentellen Daten verglichen. Basierend auf die Analayse der Simulationsergebnisse sind qualitative & quantitative Skalierungsgesetze für die Kenngrößen Zerfallänge und -frequenz in Abhängigkeit von den Betriebsparameters wie Reynoldszahl, Weber-Zahl abzuleiten.

Der genaue Umfang der Aufgabe ergibt sich je nach Art der Arbeit (Bachelor- oder Masterarbeit).


Abb. 1: Primärzerfall einer hochviskosen Flüssigkeit in Experiment und Simulation (VOF-Methode)

Aufgabenschwerpunkt:
  • Einarbeiten in die Theoretischen Grundlagen für die numerische Simulation und den Programmpaket OpenFOAM.
  • Durchführung der LES-VOF bei Drücken 1, 2, 6 bar auf Hochleistungsrechnern am SCC/KIT (Rechengitter besteht bereits).
  • Auswertung der Ergebnisse/Vergleich mit Messdaten
  • Zusammenfassung und Präsentation der Arbeit

Voraussetzungen: Student/in der Fachrichtung CIW, VT oder vergleichbar

Beginn ab: 1. 7. 2018
Betreuer: Dr.-Ing. Feichi Zhang
(eMail: Feichi.Zhang∂kit.edu )
Aufgabensteller: Prof. Dr.-Ing. Nikolaos Zarzalis
(eMail: Nikolaos.Zarzalis∂kit.edu )