CFD-Simulation und Entwicklung eines Staubeintragverfahrens für die Tube-Methode zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit in Staub/Luft-Gemischen

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Abstract

Zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit in Staub/Luft-Gemischen wird im Allgemeinen die sogenannte Tube-Methode angewendet. Hierzu wird der brennbare Staub in einem Rohr verteilt und an einem Ende gezündet. Turbulenzbedingungen sollten dabei so gering wie möglich gehalten werden. Für die Entwicklung eines alternativen Verfahrens für den Eintrag von Staub wurde zu Beginn eine Computational Fluid Dynamics (CFD) –Simulation in der open source Software OpenFOAM durchgeführt. Ziel der Modellierung war die Beschreibung der Partikelverteilung in einer turbulenten schwerkraftgetriebenen Zweiphasenströmung auf der Grundlage der Navier-Stokes-Gleichungen. Der dreidimensionale Lösungsraum der Gasphase konnte mittels Finite-Volumina diskretisiert werden. Die Erhaltungsgleichungen für Masse und Impuls wurden für jedes ortsfeste Kontrollvolumen gelöst. Die Beschreibung der Partikel erfolgte mit dem Euler-Lagrange-Ansatz, wodurch die genaue Flugbahn der Partikel betrachtet werden konnte. Zur Modellierung der Relativbewegung in Wandnähe wurde ein modifiziertes k-ε Launder-Sharma Modell implementiert. Eine homogene Verteilung konnte so mit dem Modellstaub Lykopodium bei vier Staubeintragspunkten in konzentrischer Anordnung erreicht werden.
Zur Validierung der Simulation wurden Versuche durchgeführt. Als Versuchsstaub kam Gesteinsmehl in der Mischung Zeolith – Basalt mit einer Korngröße von weniger als 20 µm zum Einsatz. Erste Versuche zeigen hierbei einerseits eine gute Übereinstimmung zwischen Modellierung und Realversuche, andererseits kann die Entwicklung eines alternativen Staubeintragverfahrens als erfolgreich angesehen werden.

Details

OriginalspracheDeutsch
Seitenumfang1
StatusVeröffentlicht - 8 Nov 2019
Veranstaltung14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit - Schloss Köthen, Köthen, Deutschland
Dauer: 7 Nov 20198 Nov 2019
Konferenznummer: 14_FT_AAUS

Konferenz

Konferenz14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit
LandDeutschland
OrtKöthen
Zeitraum7/11/198/11/19