Validierung eines Prozessmodells für die Strahlreinigung anhand zweier stärkebasierender Verschmutzungen

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine Aussage zur Validität eines Prozessmodells zur Strahlreinigung anhand zweier Stärkeverschmutzungen zu treffen. Dazu wurden die Messdatenerfassung und -auswertung bezüglich optischer Wechselwirkungen zwischen Quellungs- und Abtragvorgängen der Stärke korrigiert. Zur Parametrierung eines verschmutzungsspezifischen Abtragmodells quellungsfähiger Verschmutzungsstoffe erfolgte eine ausführliche Parameterstudie in einer ebenen Kanalströmung für die generierten Modellverschmutzungen der Wachsmais- und Maisstärke. Die ermittelten Modellparameter wurden daraufhin auf verschmutzungs- und strömungsseitige Abhängigkeiten hin untersucht und folgend an die Vorgänge bei der Strahlreinigung angepasst. Eine weitere Parameterstudie mit variierten Betriebsgrößen der Strahlreinigung erlaubte letztlich einen Vergleich des analytischen Reinigungsmodells sowie der numerischen Reinigungssimulation mit den Experimentdaten.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.1.1 Verschmutzung und ihre Versagensarten 2.1.2 Einteilung und Verfahrensparameter der Reinigung 2.1.3 Physikalische Vorgänge bei der Strahlreinigung 2.1.4 Klassifizierung und Reinigungsverhalten von Verschmutzungen 2.2 Detektion des Reinigungsverlaufs 2.2.1 Physikalischer Effekt der Photolumineszenz 2.2.2 Praktische Anwendung der Photolumineszenz zur Reinigungsdetektion 2.3 Aktueller Stand des Prozessmodells 2.3.1 Grundaufbau des Prozessmodells 2.3.2 Modellierung der Fluidströmung 2.3.3 Modellierung und Parametrierung des Verschmutzungsabtrags 2.3.4 Validierung des Prozessmodells 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Physikalische und chemische Eigenschaften der Stärke 4.2 Auswahl der Stärkeart 4.3 Herstellung der Modellverschmutzungen 4.4 Auftrag der Modellverschmutzungen 5 Parametrierung des Abtragmodells 5.1 Kanalreinigungsversuchsstand 5.2 Optische Wechselwirkungen bei Quell- und Abtragsprozessen 5.2.1 Problematik 5.2.2 Ersatzexperimente 5.2.3 Korrektur der Wechselwirkungen 5.3 Parameterstudie 5.3.1 Versuchsplanung 5.3.2 Versuchsdurchführung 5.4 Modellparametrierung 5.4.1 Durchführung 5.4.2 Parameterauswertung 5.5 Modellvalidierung 5.6 Reinigungsversuche mit Vorquellung 6 Validierung des Prozessmodells zur Strahlreinigung 6.1 Strahlreinigungsversuchsstand 6.2 Übertragung der Ergebnisse 6.2.1 Optische Korrekturen 6.2.2 Strömungsverhältnisse 6.3 Parameterstudie 6.3.1 Versuchsplanung 6.3.2 Versuchsdurchführung 6.4 Modellvalidierung 6.4.1 Variation des Düsendurchmessers 6.4.2 Variation des Düsendrucks 6.4.3 Variation des Düsenabstands 6.4.4 Variation der Ausgangsverschmutzungsmenge 7 Einschätzung der Validität des Prozessmodells 8 Ansatzpunkte zur Modellverbesserung 9 Zusammenfassung und Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis AnlagenverzeichnisThe aim of this study was to make a statement on the validity of a process model for jet cleaning using two starch soils. For this purpose the measurement data acquisition and analysis were corrected with respect to optical interactions between swelling and cleaning processes of the starch soil. A detailed parameter study was carried out in a planar channel flow for the parametrization of a soiling specific removal model of swellable soil deposits for the viewed waxy maize starch and maize starch. The model parameters determined were then examined to soil and flow dependencies and following adapted to the processes involved in jet cleaning. Another parameter study with varying operating parameters of the jet cleaning allowed the comparison of the analytical cleaning model and numerical cleaning simulation with the experiment data.:Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen der Reinigung 2.1.1 Verschmutzung und ihre Versagensarten 2.1.2 Einteilung und Verfahrensparameter der Reinigung 2.1.3 Physikalische Vorgänge bei der Strahlreinigung 2.1.4 Klassifizierung und Reinigungsverhalten von Verschmutzungen 2.2 Detektion des Reinigungsverlaufs 2.2.1 Physikalischer Effekt der Photolumineszenz 2.2.2 Praktische Anwendung der Photolumineszenz zur Reinigungsdetektion 2.3 Aktueller Stand des Prozessmodells 2.3.1 Grundaufbau des Prozessmodells 2.3.2 Modellierung der Fluidströmung 2.3.3 Modellierung und Parametrierung des Verschmutzungsabtrags 2.3.4 Validierung des Prozessmodells 3 Zielsetzung und Lösungsweg 4 Modellverschmutzungen 4.1 Physikalische und chemische Eigenschaften der Stärke 4.2 Auswahl der Stärkeart 4.3 Herstellung der Modellverschmutzungen 4.4 Auftrag der Modellverschmutzungen 5 Parametrierung des Abtragmodells 5.1 Kanalreinigungsversuchsstand 5.2 Optische Wechselwirkungen bei Quell- und Abtragsprozessen 5.2.1 Problematik 5.2.2 Ersatzexperimente 5.2.3 Korrektur der Wechselwirkungen 5.3 Parameterstudie 5.3.1 Versuchsplanung 5.3.2 Versuchsdurchführung 5.4 Modellparametrierung 5.4.1 Durchführung 5.4.2 Parameterauswertung 5.5 Modellvalidierung 5.6 Reinigungsversuche mit Vorquellung 6 Validierung des Prozessmodells zur Strahlreinigung 6.1 Strahlreinigungsversuchsstand 6.2 Übertragung der Ergebnisse 6.2.1 Optische Korrekturen 6.2.2 Strömungsverhältnisse 6.3 Parameterstudie 6.3.1 Versuchsplanung 6.3.2 Versuchsdurchführung 6.4 Modellvalidierung 6.4.1 Variation des Düsendurchmessers 6.4.2 Variation des Düsendrucks 6.4.3 Variation des Düsenabstands 6.4.4 Variation der Ausgangsverschmutzungsmenge 7 Einschätzung der Validität des Prozessmodells 8 Ansatzpunkte zur Modellverbesserung 9 Zusammenfassung und Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichni