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

Research output: Contribution to conferenceAbstract

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CFD-Simulation und Entwicklung eines Staubeintragverfahrens für die Tube-Methode zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit in Staub/Luft-Gemischen. / Hüttenbrenner, Katja; Kern, Hannes; Raonic, Zlatko; Raupenstrauch, Harald; Glechner, Julian.

2019. Abstract from 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit, Köthen, Germany.

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title = "CFD-Simulation und Entwicklung eines Staubeintragverfahrens f{\"u}r die Tube-Methode zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit in Staub/Luft-Gemischen",
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 gez{\"u}ndet. Turbulenzbedingungen sollten dabei so gering wie m{\"o}glich gehalten werden. F{\"u}r die Entwicklung eines alternativen Verfahrens f{\"u}r den Eintrag von Staub wurde zu Beginn eine Computational Fluid Dynamics (CFD) –Simulation in der open source Software OpenFOAM durchgef{\"u}hrt. Ziel der Modellierung war die Beschreibung der Partikelverteilung in einer turbulenten schwerkraftgetriebenen Zweiphasenstr{\"o}mung auf der Grundlage der Navier-Stokes-Gleichungen. Der dreidimensionale L{\"o}sungsraum der Gasphase konnte mittels Finite-Volumina diskretisiert werden. Die Erhaltungsgleichungen f{\"u}r Masse und Impuls wurden f{\"u}r jedes ortsfeste Kontrollvolumen gel{\"o}st. Die Beschreibung der Partikel erfolgte mit dem Euler-Lagrange-Ansatz, wodurch die genaue Flugbahn der Partikel betrachtet werden konnte. Zur Modellierung der Relativbewegung in Wandn{\"a}he 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 durchgef{\"u}hrt. Als Versuchsstaub kam Gesteinsmehl in der Mischung Zeolith – Basalt mit einer Korngr{\"o}{\ss}e von weniger als 20 µm zum Einsatz. Erste Versuche zeigen hierbei einerseits eine gute {\"U}bereinstimmung zwischen Modellierung und Realversuche, andererseits kann die Entwicklung eines alternativen Staubeintragverfahrens als erfolgreich angesehen werden.",
keywords = "Staubexplosion, Staubverteilung, CFD-Simulation",
author = "Katja H{\"u}ttenbrenner and Hannes Kern and Zlatko Raonic and Harald Raupenstrauch and Julian Glechner",
year = "2019",
month = nov,
day = "8",
language = "Deutsch",
note = "14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit ; Conference date: 07-11-2019 Through 08-11-2019",

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TY - CONF

T1 - CFD-Simulation und Entwicklung eines Staubeintragverfahrens für die Tube-Methode zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit in Staub/Luft-Gemischen

AU - Hüttenbrenner, Katja

AU - Kern, Hannes

AU - Raonic, Zlatko

AU - Raupenstrauch, Harald

AU - Glechner, Julian

N1 - Conference code: 14_FT_AAUS

PY - 2019/11/8

Y1 - 2019/11/8

N2 - 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.

AB - 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.

KW - Staubexplosion

KW - Staubverteilung

KW - CFD-Simulation

UR - https://dechema.converia.de/frontend/index.php?sub=299

M3 - Abstract/Zusammenfassung

T2 - 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit

Y2 - 7 November 2019 through 8 November 2019

ER -