Untersuchung von Strömungsvorgängen eines Zweiphasengemisches unter Berücksichtigung der Verortung dezentraler Rühraggregate und Betriebsparametervariationen innerhalb eines Fermenters einer Biogasanlage:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
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| Veröffentlicht: |
Garbsen
PZH Verlag
2015
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| Schriftenreihe: | Berichte aus dem IMP
Band Band 1/2015 |
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
.
*
.....................................................................................................................
I
ABKUERZUNGEN UND
SYMBOLE.....................................................................................................
V
KURZFASSUNG..............................................................................................................................
X
ABSTRACT..................................................................................................................................
XII
1
EINLEITUNG...............................................................................................................................1
1.1 PRIMAERE UND ALTERNATIVE ENERGIETRAEGER
..............................................................................
1
1.2 ZIELE UND GLIEDERUNG DER
ARBEIT.......................................................................................
6
2
BIOGASPRODUKTION.................................................................................................................
8
2.1 HISTORISCHE ENTW ICKLIG DER
BIOGASTECHNIK....................................................................8
2.2
BIOGASENTSTEHUNGSPROZESS................................................................................................
9
2.2.1 VERFAHRENSSCHRITTE ZUR ANAEROBEN STOFFUMWANDLUNG BEI
BIOGASANLAGEN........ 9
2.2.2 DIE PHASEN DER
BIOGASENTSTEHUNG........................................................................
10
2.2.3 LEBENSRAEUME DER
BAKTERIEN..................................................................................
13
2.2.4 RAUMBELASTUNG UND HYDRAULISCHE VERWEILZEIT IM FERMENTER
............................. 17
2.3 B EDEUE G DER RUEHRTECHNIK
............................................................................................
19
2.4 FINANZIELLE A IEIZE DURCH DEN
GESETZGEBER...................................................................20
3 STAND DER
FORSCHUNG..........................................................................................................
22
3.1 RUEHREN IM BEREICH DER
BIOGASTECHNIK............................................................................22
3.2 ERMITTLUNG RHEOLOGISCHER DATEN VON FERMENTERSUBSTRATEN AUS EINER
BIOGASANLAGE...... 30
3.3 CFD IM BEREICH DER
BIOGASTECHNIK................................................................................
33
4 AUSWAHL DER ZU OPTIMIERENDEN
RUEHRTECHNIK...................................................................43
4.1 AUFTAU UND FUNKTION DER BEFRACHTETEM
BIOGASANLAGE....................................................43
4.1.1 VERFAHRENS- UND PROZESSTECHNISCHE SCHRITTE DER INPUTOATERIALIEN 45
4.1.2 PROZESSTECHNISCHE SCHRITTE DES
BIOGASES..............................................................46
4.1.3 AUFBAU DER
GAERBEHAELTER........................................................................................47
4.1.4 AUFBEREITUNG UND VERWENDUNG DES
BIOGASES......................................................49
4.2 VORAUSSETZUNGEN FIIR DIE
FELDUNTERSUCHUNGEN................................................................51
4.3 BENOETIGTE MESSTECHNIK UND ANALYTISCHE UNTERSUCHUNGEN DER
SUBSTRATE....................... 52
4.3.1
MESSTECHNIK..........................................................................................................
52
4.3.2 SOFTWARE ZUR
DATENAUSWERTUNG.............................................................................
56
4.3.3 ANALYTISCHE UNTERSUCHUNGEN DER
SUBSTRATE..........................................................57
5 VISKOSITAETSMESSUNG VON FERMENTERSUBSTRAT AUS EINER BIOGASANLAGE
........................... 58
5.1 GRUNDLAGEN DER
VISKOSITAETSMESSUNG..............................................................................
58
5.1.1 DEFINITION VON
VISKOSITAET.....................................................................................
58
5.1.2 FLIESS- UND
VISKOSITAETSKURVEN................................................................................
62
5.2 EINORDNUNG DER KAPILLARVISKOSIMETRIE IN DIE
VISKOSITAETSMESSTECHNIK.................. 66
5.3 DIE
ROHRVISKOSIMETRIE....................................................................................................
67
5.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE
MESSTECHNIK......................................................................67
5.3.2 FUNKTIONSPRINZIP DES
ROHRVISKOSIMETERS.............................................................68
5.4 AUFTAU UND INBETRIEBNAHME DES MOBILEN ROHRVISKOSIMETERS
.......................................
68
5.5 VORARBEITEN UND ABLAUF DER
MESSUNG............................................................................74
5.6 SIGNALVERARBEITUNG AUSSERHALB DES LEITRECHNERS
..............................................................
/6
5.7
AUSWERTEALGORITHMUS......................................................................................................76
6 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE DER
VISKOSITAETSMESSUNG......................................................80
7 SIMULATION DER STROEMUNGSVORGAENGE IN EINEM BIOGASFERMENTER
..................................
86
7.1 E IN FU K N G IN NUMERISCHE
STROEMUNGSMECHANIK............................................................86
7.2 GRUNDLAGEN DER
SIMULATIONSTECHNIK...............................................................................
88
7.2.1
BILANZGLEICHUNGEN................................................................................................
88
7.2.2 MODELLIERUNG VON
TURBULENZEN............................................................................92
7.2.3
NETZGENERIERUNG...................................................................................................
96
7.3 METHODISCHES VORGEHEN
...............................................................................................
100
7.4 DIE SOFTWARE (ANS^S
CFX)..........................................................................................
101
7.4.1 GEOMETRIEERSTELLUNG
...........................................................................................
102
7.4.2 MODELLVEREINFACHUNG
..........................................................................................
102
7.4.3 NETZGENERIERUNG MIT ANSYS
MESH.......................................................................104
7.4.4 ANSYS
PRE-PROCESSING..........................................................................................105
7.4.5
SIMULATIONSLAEUFE..................................................................................................108
7.4.6 ANSYS POST-PROCESSING
........................................................................................
109
8 VERIFIKATION DER SIMULATIONSERGEBNISSE *M LABORMODELL MIT DER
PIV-TECHNIK
...*
110
8.1
DIMENSIONSANALYSE.......................................................................................................
110
8.2 GEOMETRISCHE AEHNLICHKEIT DES FLUIDS IM
LABORMODELL................................................112
8.3 STOFFLICHE AEHNLICHKEIT DES FLUIDS IM
LABORMODELL.....................................................115
8.3.1 EINSATZ VON WASSER (NEWTONSCHE
FLIESSEIGENSCHAFTEN)......................................115
8.3.2 EINSATZ VON CARBOXYMETHYLCELLULOSE (PLASTISCHE
FLIESSEIGENSCHAFTEN)...... 115
8.4 VISKOSITAETS- UND RUEHRERDREHZAHLDIMENSIONIERUNG
.......................................................
123
8.5 BEHAELTERKONSTRUKTION UND
INBETRIEBNAHME...................................................................
126
8.5.1 ALUMINIUMTRAGWERK STIR DEN
BEHAELTER................................................................126
8.5.2
LABORBEHAELTER.......................................................................................................127
8.5.3 RUHRPROPELLER UND
ANTRIEBSKONZEPT...................................................................
128
8.5.4 TRAVERSE MIT AUFNAHME DER
RUEHRORGANE............................................................
132
8.6 EINFUEHRUNG IN DIE PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY
(PIV)...................................................133
8.7 GRUNDLAGEN DER
PIV-MESSTECHNIK................................................................................
134
8.7.1
AUTOKORRELATION...................................................................................................
140
8.7.2
KREUZKORRELATION................................................................................................
142
8.8 AUFBAU UND FUNKTION DER
ANLAGE..................................................... 145
8.8.1
LASEREINHEIT........................................................................................................
147
8.8.2
CCD-KAMERA......................................................................................................
148
8.9 BESCHREIBUNG UND HANDHABUNG DER SOFTWARE DAVIS 6.2
...........................................
149
8.9.1
LASEREINSTELLUNGEN..............................................................................................
149
8.9.2
KAMERASKALIERUNG...............................................................................................
149
8.9.3 SPEICHERUNG DER
MOMENTAUFNAHMEN..................................................................150
8.9.4 AUSWAHL DES
AUSWERTEBEREICHES........................................................................150
8.9.5
POSTPROCESSING....................................................................................................
150
8.9.6
BILDBEARBEITUNG..............................................................................................
151
8.9.7 BATCH
PROCESSING................................................................................................
151
8.9.8
TRIGGER................................................................................................................
151
8.10
VERSUCHSVORBEREITUNG................................................................................................152
8.11 DURCHFIIHRUNG DER
MESSUNG.....................................................................................
153
9 VERIFIKATION DER PIV-MESSUNG MIT DER
ADV-TECHNIK.................................................. 155
9.1 EINSTIHRUNG IN DIE AKUSTISCHE GESCHWINDIGKEITSMESSUNG (ADV) 15*
9.2 GRUNDLAGEN PHASE
SHIFT................................................................................................1
0
*
9.3 GERAETESPEZIFISCHE
EIGENSCHAFTEN..................................................................................
157
9.4 AUSWAHL DER MESSPOSITIONEN
........................................................................................
158
9.5 DURCHFIIHRUNG DER
MESSUNGEN......................................................................................
158
10 VERIFIKATION DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT HILFE VON
STROEMUNGSMESSUNGEN *N
EINEM
FERMENTER................................................................................................................159
10.1 EINFUETONG IN DIE ELEKTROMAGNETISCHE GESCHWINDIGKEITSMESSUNG
(MIV)................ 160
10.2 GRUNDLAGEN DER MIV-MESSTECHNIK
.............................................................................
161
10.3 AUSWAHL DER MESSTECHNIK UND
VORVERSUCHE..............................................................
161
10.4
RANDBEDINGUNGEN......................................................................................................
162
10.4.1 SICHERHEITSMASSNAHMEN WAEHREND DER
MESSUNG................................................162
10.4.2 BEFESTIGUNG UND EINSTELLUNG DES
SENSORS......................................................... 163
10.5 AUSWAHL DER
MESSPOSITIONEN......................................................................................
163
10.6 DURCHFUEHRUNG DER MESSUNG
........................................................................................
165
11 VORSTELLUNG UND AUSWERTUNG DER ERGEBNISSE
................................................................
166
11.1 RUEHRVORVERSUCHE IN EINEM GROSSTECHNISCHEN FENNENTER EINER
BIOGASANLAGE... .. 167
11.1.1 GEGENUEBERSTELLUNG MITTELSCHNELL MIT LANGSAM LAUFENDE RUEHRTECHNIK
IM
* * * ****.: **********:*********.^^
11 *1.2 GEGENUEBERSTELLUNG MITTELSCHNELL MIT LANGSAM LAUFENDE RUEHRTECHNIK
IM
JAHR 2010
....................................................
171
11.1.3 GEGENUEBERSTELLUNG MITTELSCHNELL MIT LANGSAM LAUFENDE RUEHRTECHNIK
IM
*** * ********************* **** *
11.1.4 AUSWERTUNG DER GEGENUEBERSTELLUNGEN
.............................................................
175
11.2 VERIFIKATION DER PIV-MESSUNG MIT DER
ADV-MESSUNG............................................177
11.3 NUMERISCHE SIMULATION
..............................................................................................
179
11.3.1 ERGEBNISSE DER STROEMUNGSUNTERSUCHUNGEN IM
L:20-MODELL... .......... 180
11.3.2 ERGEBNISSE DER STROEMUNGSUNTERSUCHUNGEN IM ....... 188
11.3.3 GEGENUEBERSTELLUNG DER ERGEBNISSE IM 1:20- UND 198
11.4 GEGENUEBERSTELLUNG DER PIV-MESSUNGEN MIT DEN
SIMULATIONSERGEBNISSEN................ 200
11.4.1 STROEMUNGSGESCHWINDIGKEITEN^ 55
*
, 60
*
UND 65
*
(160U/MIN) ..*****200
11.4.2 STROEMUNGSGESCHWINDIGKEITEN BEI 160 U/MIN UND 192 U/MIN (60.)
..... 201
11.5 LEISTUNGSMESSUNG DER UMWAELZEINRICHTUNG IM LABORMODELL
...................................
202
11.6 STROEMUNGSMESSUNGEN MIT DEM MF
PRO......................................................................206
11.7 AUSWIRKUNGEN VON SCHLECHT DURCHMISCHTEN BEREICHEN IM FERMENTER 208
12 FEHLERANALYSE UND
-DISKUSSION.........................................................................................
212
13 ZUSAMMENFASSUNG UND
AUSBLICK....................................................................................
216
14
LITERATURVERZEICHNIS.........................................................................................................
220
15 VERZEICHNIS DER EIGENEN
PUBLIKATIONEN...........................................................................232
16 VERZEICHNIS DER STUDENTISCHEN
ARBEITEN.........................................................................234
17
ABBILDUNGSVERZEICHNIS..............................................................................................
236
18
TABELLENVERZEICHNIS...................................................................................................
246
19 ANHANG -
ABBILDUNGEN..............................................................................................
250
20
ANHANG -
TABELLEN.....................................................................................................268
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| series | Berichte aus dem IMP |
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| spelling | Basedau, Dirk 1980- Verfasser (DE-588)1084147564 aut Untersuchung von Strömungsvorgängen eines Zweiphasengemisches unter Berücksichtigung der Verortung dezentraler Rühraggregate und Betriebsparametervariationen innerhalb eines Fermenters einer Biogasanlage von Dirk Basedau Garbsen PZH Verlag 2015 XIII, 273 Seiten Illustrationen, Diagramme txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Berichte aus dem IMP Band Band 1/2015 Literaturverzeichnis Seite 220-230 Dissertation Fakultät für Maschinenbau der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover 2015 Bioreaktor (DE-588)4006780-4 gnd rswk-swf Strömungsmechanik (DE-588)4077970-1 gnd rswk-swf Biogasanlage (DE-588)4006798-1 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Biogasanlage (DE-588)4006798-1 s Bioreaktor (DE-588)4006780-4 s Strömungsmechanik (DE-588)4077970-1 s DE-604 Berichte aus dem IMP Band Band 1/2015 (DE-604)BV013401653 1/2015 DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=028847167&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
| spellingShingle | Basedau, Dirk 1980- Untersuchung von Strömungsvorgängen eines Zweiphasengemisches unter Berücksichtigung der Verortung dezentraler Rühraggregate und Betriebsparametervariationen innerhalb eines Fermenters einer Biogasanlage Berichte aus dem IMP Bioreaktor (DE-588)4006780-4 gnd Strömungsmechanik (DE-588)4077970-1 gnd Biogasanlage (DE-588)4006798-1 gnd |
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