Qualifizierung von CFD-Modellen für das Mischen in Biogasanlagen: Poster präsentiert beim Jahrestreffen der Fachgemeinschaft Fluiddynamik und Trenntechnik - ProcessNet, Würzburg, 25.-27.9.2013

Abstract

Eine effiziente Durchmischung von Biogasreaktoren mittels einer an die entsprechenden Inputsubstrate angepassten Rührwerkstechnik stellt im Rahmen einer nachhaltigen Ressourcenschonung einen wichtigen Schwerpunkt dar. Trotz der verstärkten Einbeziehung der numerischen Strömungssimulation (CFD) bei der Bemessung von Rührsystemen kommt es oftmals zu fehlerhaften Auslegungen. Als Ursache für falsch ausgewählte Rührsysteme sind unter anderem die zurzeit noch vorhandenen Grenzen der CFD für Mehrphasenstoffsysteme zu sehen. Die in Biogasfermentern zum Einsatz kommenden Stoffsysteme setzen sich aus einer hoch konzentrierten Nicht-Newtonschen Grundsuspension als Fermenterinhalt, einer einzumischenden grobdispersen Phase wie beispielsweise Silage oder Stroh und einer Gasphase (Gemisch aus Methan und Kohlendioxid) zusammen. Zudem gibt es für diese opaken, hochkonzentrierten und zum Teil sehr faserigen Stoffsysteme bisher kaum Möglichkeiten für eine umfassende experimentelle Bewertung des Mischzustandes. Mittels eines am Fraunhofer IKTS vorhandenen Messsystems, der Prozess-Tomographie, zur Bewertung opaker Mehrphasensysteme können die Mischprozesse von Biogasanlagen erstmalig visualisiert und quantifiziert werden. Eine maßstabsgerechte Ausführung von Reaktorsystem und praxisrelevanten Rührsystemen als auch die Skalierung der grobdispersen Phase stellen die Grundlage für die experimentellen Untersuchungen mittels Prozess-Tomographie zur Ermittlung des aktiv durchmischen Reaktorvolumens sowie dem sich im Fermenter ausbildenden Geschwindigkeitsfeld dar. Durch Vergleich der mittels Prozess-Tomographie und numerischer Strömungssimulation ermittelten Ergebnisse werden Ansatzpunkte zur Weiterentwicklung der bestehenden numerischen Modelle für Nicht-Newtonsche Mehrphasensysteme mit dem Ziel der Validierung abgeleitet