Die Professur Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme nutzt virtuelle Realität (VR) zur Unterstützung des Post-Processings und der Datenanalyse von CFD-Simulationen. VR ermöglicht die interaktive Analyse dreidimensionaler Strömungsdatensätze, mit oder ohne Partikeln (z.B. Blasen, Tröpfchen oder Feststoffpartikel), wodurch komplexe Strömungsprozesse visualisiert und aus einer Vielzahl von Perspektiven im Detail untersucht werden können. Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie VR am Lehrstuhl zur Untersuchung von Forschungsdaten aus der Simulation eingesetzt wurde:

Das obige Beispiel zeigt eine Grobstruktursimulation (Large Eddy Simulation, LES) der turbulenten Verbrennung von Feststoffpartikeln in einer verdrallten, gasunterstützten Laborbrennkammer unter Verwendung eines Euler-Lagrange Modellierungsansatzes. Bei diesem Ansatz wird die Gasphase als Kontinuum behandelt, während die Feststoffpartikel als diskrete Lagrange-Punktpartikel dargestellt werden. Die chemischen Reaktionen werden mit einer Tabellierungsmethode beschrieben, die auf dem Flamelet/Progress Variable (FPV) Ansatz basiert. Die zugrunde liegende sechsdimensionale Flamelet-Tabelle beschreibt die Vermischung der Brennstoffströme (Pilotgas, freigesetzte flüchtige Gase und Koksabbrand-Produkte) mit Luft, den Fortschritt der chemischen Reaktion, die Wärmeübertragung zwischen Gas- und Feststoffphase sowie turbulente Einflüsse auf der Subgitter-Skala [1].

Ein möglicher elektrobiotechnologischer Ansatz zur Verringerung von Treibhausgasemissionen ist die mikrobielle Elektrosynthese in einem Blasensäulenreaktor [2]. Ziel dieses Verfahrens ist es, in industriellen Prozessen anfallendes CO₂ als Rohstoff zurückzugewinnen. Dabei wird zunächst elektrische Energie in chemische Energie überführt, indem Wasser per Elektrolyse zu Wasserstoff gespalten wird. Der erzeugte Wasserstoff dient anschließend Mikroorganismen (z.B. Cupriavidus necator) als Energiequelle. Unter Zufuhr von CO₂ können auf diese Weise energiereiche Kohlenstoffverbindungen (z.B. Methan) und Grundstoffe der chemischen Industrie (z.B. Terpene, hochwertige Zucker, Aldehyde und organische Säure) hergestellt werden. Experimentelle Messungen von Blasengrößen und -geschwindigkeiten wurden in Kooperation mit der EBT-BLT Gruppe am KIT durchgeführt. Die Zweiphasenströmung innerhalb der Blasensäule wurde am EBI-TFS unter Verwendung eines Euler-Lagrange Modellierungsansatzes untersucht. Die am Boden des Reaktors einströmenden Gasblasen wurden als diskrete Punktpartikel beschrieben. Auf diese wirken unterschiedliche Kräfte (z. B. Widerstand, Auftrieb und Schwerkraft) die ihre Trajektorien bestimmen.

[1] Luu, T. D. et al. "Flame characterisation of gas-assisted pulverised coal combustion using FPV-LES". Proceedings of the Combustion Institute 39 (2023) 3249-3258. ⇒ https://doi.org/10.1016/j.proci.2022.07.080
[2] Enzmann, F. et al. "Transferring bioelectrochemical processes from H-cells to a scalable bubble column reactor". Chemical Engineering Science 193 (2019) 133-143. ⇒ https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.08.056