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Deutschsprachige NAFEMS Konferenz 20. - 21. Mai 2014, Bamberg
Ein mehrskaliger Ansatz
für Filteranwendungen auf
Basis von Euler-
Lagrangeschen
Modellierungen
Dr. Ulrich Heck, DHCAE Tools GmbH
Deutschsprachige NAFEMS Konferenz 20. - 21. Mai 2014, Bamberg
DHCAE Tools GmbH, Krefeld
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Engineering: CFD/FEA-
Dienstleistung mit OpenFOAM/
CalculiX
Software Standard/
kundenangepasst: GUIs (CastNet), Erweiterungen
Support Training:
OpenFOAM/ Erweiterungen
CFD/FEA-Lösungen basierend auf Open-Source-Löser Technologie
This offering is not approved or endorsed by ESI Group, the producer of the OpenFOAM® software and owner of the OPENFOAM® and OpenCFD® trade marks.
Deutschsprachige NAFEMS Konferenz 20. - 21. Mai 2014, Bamberg
OpenFOAM basiert
CFD: OpenFOAM Toolbox
• Imperial College – OpenCFD (ESI Group)
• Funktionalität:
High-End CFD Spektrum
kompressible/inkompressible Systeme mit/ohne
Wärmetransport inkl. CHT
Mehrphasen (VOF, Euler-Lagrange, Euler-Euler)
• Toolbox:
Auf Erweiterbarkeit ausgelegt
C++ Code Aufbau
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Toolkombination
DHCAE Tools:
• Effizienter Einsatz durch Kombination von
kommerziellen Systemen mit Open-Source
• Proprietär:
• Preprocessing –CAD basiert mit kommerzieller
Vernetzung
• Open Source:
• Solverlösungen
• Teilweise zur Verfügung gestellt
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Lösungen für
Filteranwendungen
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Bisher: Filter als Widerstandsblöcke
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Gesamtmodell kontinuierliche
Strömung und Partikeltransport
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Makroskopische Abbildung Filterverhalten(Anlagenmodell):
Parcelkonzept der Partikeln: Auftreffen + Mikromodell
- Lokale Widerstandserhöhung
- Lokales Abscheideverhalten
- Rückwirkung auf kontinuierliche Strömung
Rückhalt - Widerstandserhöhung
Mikroskopisches diskretes Modell
an Einzelfaserstrukturen
Experiment:
Filterversuchsstand
Kooperationsprojekt: Uni-Bremen- DHCAE Tools GmbH
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Mikroskopisches Modell
kontinuierliche Strömung
Neuvernetzung
Partikelzugabe
Anhaften
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Mikroskopisches Modell
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Mikroskopisches Modell
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Makroskopisches Modell
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Filteransatz
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Speichert in jeder Zelle:
• Lokale Beladung (z.B. Masse pro m²)
• Anzahl Partikel-Treffer
• Darcy-Grundwert: • Widerstandsparameter des
unbestaubten Filters
• Zeitabhängiger Widerstandswert
für abgereinigte Filter • Variabler Darcy-Wert in
Abhängigkeit von der lokalen
Beladung, z.B. abhängig von:
• Masse • Partikelgröße
• Zeit
• Kompressibler oder
inkompressibler Filterkuchen
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Iterativer Kopplungsprozess
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Berechnung des stationären
Strömungsfeldes
Neuberechnung des variablen
Filterwiderstandes
Partikeltransport mit LTS
Abreinigung: Neuberechnung
des Filter-Grundwiderstandes
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Filterpatch
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Erforderliche Erweiterungen
an OpenFOAM
Filter-Patch:
• Erstellung des Filterpatches auf Basis der porousBaffle Funktionalität
• Lokale Widerstandswerte
• Verschiedene Widerstandcharakteristika
• Partikelgrößen, die den Filter durchdringen können
Gesamtsolver/Ablauf: • Optimierung auf Stabilität bei Integration des Filters
• Behandlung der Turbulenzgrößen im Filter
• Iterativer Kopplungsprozess
• Anpassungen am zeitlichen Partikeltransport (LTS)
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Makroskopische Modellüberprüfung
Numerische Modellierung des
zeitlichen Verhaltens von
Strömungen in der Umgebung
von Tiefenfiltern, Michele Cagna
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Einfache Filterreihe
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Belastung der Filter
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Belastung der Filter
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Geschwindigkeiten am
Austritt
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Zusammenfassung
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Stand:
• Erstellung von numerischen Modellen für
Filteranwendungen:
• Mikromodellierung: Anhaftung an Fasern,
Kuchenbildung
• Makromodellierung: Partikeltracking mit
Rückwirkungen der Abscheidung am Filter
• Überprüfung der Teilmodelle an einfachen
Literaturbeispielen
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Zusammenfassung/Ausblick
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Ausblick • Validierung am Anlagenmodell
• Mikromodellierung Validierung am Filterprüfstand
• Fluid-Struktur-Interaktion: Filterverformung
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Hinweis:
Die Präsentation auf der NAFEMS-Konferenz enthielt mehrere Animationen, die im pdf-Format nicht dargestellt werden können.
Gerne schicken wie Ihnen die Originalpräsentation zu. Bitte schicken Sie uns eine Email an:
info@dhcae-tools.de
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