Modellierung der Gas- Feststoffverteilung in einer zirkulierenden Wirbelschicht mit CFD

Abstract

Zsfassung in engl. SpracheDurch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Strömungsmodelle und dem Anstieg der Rechenleistung können auch komplexe Strömungen, wie dies in einer zirkulierenden Wirbelschicht der Fall ist, dargestellt werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, in wie weit das verwendete Strömungsmodell, welches die Sandfraktion als Fluid approximiert abbildet, das für zirkulierende Wirbelschichten typische Verhalten in Bezug auf Strömungsbilder, Druckverluste und Abscheidegrade darstellen kann. Als Referenzanlage wurde eine Modellanlage aus Plexiglas vom ITE der Technischen Universität Wien verwendet. Die Strömungsberechnungen wurden mit dem kommerziellen CFD Code FLUENT durchgeführt.Auf Grund der benötigten enormen Rechenleistung und den daraus resultierenden Verzögerungen wurde die Sandmasse nur halb so groß gewählt wie dies in der realen Modellanlage der Fall ist. Auf Grund der kleinen Sandmasse stellte sich ein pulsierender Betrieb ein. Es konnte festgestellt werden, dass die Simulation mit der Realität vergleichbare Ergebnisse lieferte. Sowohl das Strömungsregime im Steigrohr, als auch die Darstellung des fluidisierten Sandes im Rückführzweig wurde realitätsnahe wiedergegeben. Auch stellte sich der Abscheidegrad des Zyklons als im Rahmen des Erwartbaren heraus.Kritisch anzumerken ist die lange Rechenzeit im Bereich von drei Monaten und die fehlende Darstellung von Temperatureinflüssen, chemischen Vorgängen und Verbrennungen. Dies ist mit der derzeitigen Rechnerleistung in akzeptabler Zeit nicht durchführbar.Owing to continuing further developments in models of fluid dynamics and rising computing power, it is possible for the first time to solve more complex applications with computational fluid dynamics, like a circulating fluidized bed. This work investigates the possibilities of the taken model which describes the sand particles as a fluid. It focuses on the behaviour of this model in terms of the two phase flow, the pressure losses in the system and the separation behavior of the cyclone.As a reference model a facility made of acrylic glass has been taken from the ITE of the Technical University Vienna. The flow computation has been done with the commercial CFD Code FLUENT.Because of the enormous computation effort and the resulting delays, the mass of sand was halved compared to the reference model. Owing to the small amount of sand the model got in a pulsing state. It could be detected, that the results of the simulation match in most terms with the reality. Both the flow field in the riser and the fluidized particles in the feedback were described close to reality. Furthermore the result reflects the separation behaviour of the cyclone really realistic data. Critically viewed further simulation in this field has to add the missing energy equations and combustion models which is currently not possible because of too little computing power.8