Modellierung von Hydrodynamik und Wärmeübertragung in blasenbildenden Wirbelschichten zur Trocknung von Braunkohle:
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2013
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INHALTSVERZEICHNIS V
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT III
INHALTSVERZEICHNIS V
ABBILDUNGSVERZEICHNIS VIII
TABELLENVERZEICHNIS XII
NOMENKLATUR XIII
1 EINLEITUNG I
1.1 CHARAKTERISIERUNG DER WIRBELSCHICHT 1
1.2 WIRBELSCHICHTTROCKNUNG VON BRAUNKOHLE 3
1.3 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG 4
1.4 GLIEDERUNG DER VORLIEGENDEN ARBEIT 6
2 STAND DER FORSCHUNG 8
2.1 HYDRODYNAMISCHE BESCHREIBUNG VON GAS-FESTSTOFF-WIRBELSCHICHTEN 8
2.1.1 MODELLIERUNGSANSAETZE FUER PARTIKELBELADENE ZWEIPHASENSTROEMUNGEN 8
2.1.2 DISCRETE PARTICLE MODEL 9
2.1.3 TWO FLUID MODEL 11
2.1.4 WIRBELSCHICHTSIMULATION MITTELS KINETIC THEORY O F GRANULAR FLOW
13
2.2 WAERMEUEBERTRAGUNG IN WIRBELSCHICHTEN 19
2.2.1 WAERMEUEBERTRAGUNGSARTEN 19
2.2.2 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN DES WAERMEUEBERGANGS 21
2.2.3 NUMERISCHE SIMULATION DES WAERMEUEBERGANGS 24
3 EXPERIMENTELLER VERSUCHSAUFBAU 28
3.1 QUASI-2D KALTMODELL ZUR UNTERSUCHUNG DER HYDRODYNAMIK 28
3.1.1 AUFBAU DES KALTMODELLS 28
3.1.2 AUTOMATISCHE BILDANALYSE 30
3.2 ZYLINDRISCHE WIRBELSCHICHTANLAGE ZUR UNTERSUCHUNG DES WAERMEUEBERGANGS
34
3.2.1 AUFBAU DER WIRBELSCHICHTANLAGE 34
3.2.2 WAERMEUEBERGANGSMESSUNGEN 35
3.3 EIGENSCHAFTEN DER GASE UND PARTIKEL 38
3.3.1 GASEIGENSCHAFTEN 38
3.3.2 PARTIKELEIGENSCHAFTEN 38
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IMAGE 2
VI
4 WIRBELSCHICHTMODELL 41
4.1 HYDRODYNAMIK 41
4.1.1 MASSEN- UND IMPULSERHALTUNG 41
4.1.2 MODELLIERUNG DER FESTSTOFFPHASE 43
4.1.3 WIDERSTANDSKRAFTMODELLE 49
4.2 WAERMEUEBERTRAGUNG 54
4.2.1 ENERGIEERHALTUNG 54
4.2.2 BESCHREIBUNG DER WAERMEUEBERTRAGUNG ZWISCHEN DEN PHASEN 55
4.2.3 MODELLIERUNG DER WAERMELEITUNG 56
4.3 NUMERISCHE LOESUNG DER ERHALTUNGSGLEICHUNGEN 60
4.3.1 ANFANGS- UND RANDBEDINGUNGEN 60
4.3.2 NUMERISCHER LOESER 61
5 UNTERSUCHUNGEN ZU SIMULATIONSPARAMETERN UND -GITTERN 63
5.1 DISKRETISIERUNG, NUMERISCHE PARAMETER UND ANALYSEMETHODIK 64
5.1.1 DISKRETISIERUNG 64
5.1.2 NUMERISCHE PARAMETER 68
5.1.3 ANALYSEMETHODIK 69
5.2 GROESSE UND DIMENSION DES RECHENGITTERS 73
5.2.1 GITTERGROESSE 73
5.2.2 VERGLEICH VON 2D- UND 3D-SIMULATIONEN 78
6 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR HYDRODYNAMIK 85
6.1 EXPERIMENTELLE VORUNTERSUCHUNGEN 86
6.2 VALIDIERUNG DES HYDRODYNAMISCHEN MODELLS 86
6.2.1 EINFLUSS DES REIBUNGSWINKELS 87
6.2.2 EINFLUSS DES SPEKULARITAETSKOEFFIZIENTEN 91
6.2.3 EINFLUSS DES RESTITUTIONSKOEFFIZIENTEN 95
6.2.4 EINFLUSS DER IMPULSAUSTAUSCHFUNKTION 97
6.3 ERGEBNISSE DER MODELLVALIDIERUNG 100
6.3.1 DISKUSSION DER ABWEICHUNGEN ZWISCHEN MODELL UND EXPERIMENT 100
6.3.2 WAHL DER MODELLPARAMETER UND SUBMODELLE 105
6.3.3 VERGLEICH VON SIMULATION UND EXPERIMENT 106
6.4 EINFLUSS VON PARTIKELGROESSE UND ROHRANORDNUNG 107
6.4.1 VARIATION DER PARTIKELGROESSE 107
6.4.2 VARIATION DER ROHRANORDNUNG 110
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS VII
7 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR WAERMEUEBERTRAGUNG 114
7.1 EXPERIMENTELLE VORUNTERSUCHUNGEN 114
7.1.1 UEBERPRUEFUNG DER SYMMETRIEANNAHME 114
7.1.2 GESCHWINDIGKEITSABHAENGIGER WAERMEUEBERGANG 115
7.2 NUMERISCHE VORUNTERSUCHUNGEN 117
7.2.1 POROSITAETSVERTEILUNG UEBER DEM ROHRUMFANG 117
7.2.2 VOLLSTAENDIGES UMFANGSPROFIL DES WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 119
7.2.3 LOKALE KOPPLUNG VON STROEMUNG UND WAERMEUEBERTRAGUNG 121
7.3 SIMULATION DER WAERMEUEBERTRAGUNG AN EINEM HORIZONTALEN ROHR 124
7.3.1 VERGLEICH DER WAERMELEITUNGSMODELLE 124
7.3.2 EINFLUSS DER PARTIKELGROESSE 131
7.3.3 DISKUSSION DER ABWEICHUNGEN ZWISCHEN MODELL UND EXPERIMENT 137
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 140
8.1 ZUSAMMENFASSUNG 140
8.2 AUSBLICK 143
LITERATURVERZEICHNIS 145
ANHANG 162
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