Verfügbarkeit: Methode zur Auslegung von Apparaten und Maschinen zur dynamischen Oberflächenfiltration

Methode zur Auslegung von Apparaten und Maschinen zur dynamischen Oberflächenfiltration:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Barth, Jakob 1981- (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Kaiserslautern Technische Universität Kaiserslautern [2019]
Schriftenreihe:	Fortschritt-Berichte Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik Band 22
Schlagworte:	Querstromfiltration Modellierung Bemessung Auslegung Filtration Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	286 Seiten Diagramme 21 cm x 14.8 cm
ISBN:	9783959741224 3959741227

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG, ABSTRACT 9 SYMBOLVERZEICHNIS 19 1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 23 1.1 EINLEITUNG ..................................................................................... 23 1.2 ZIEL DER ARBEIT ............................................................................. 24 1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 25 2 GRUNDLEGENDE STROEMUNGSPHAENOMENE IN FEST-FLUESSIG-SYSTEMEN 27 2.1 BEWEGUNG VON PARTIKELN IN FLUESSIGKEITEN UND SUSPENSIONEN . . 27 2.1.1 SYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN REINER FLUESSIGKEIT . 28 2.1.2 SYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN SUSPENSION MIT HOMOGENER KONZENTRATION (SCHWARMEINFLUSS) .................. 29 2.1.3 ASYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN REINER FLUESSIGKEIT (DYNAMISCHER AUFTRIEB) ..................................................... 30 2.1.4 ASYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN SUSPENSION MIT INHOMOGENER KONZENTRATION (SCHERDIFFUSION) .................. 34 2.2 DURCHSTROEMUNG POROESER MEDIEN .................................................. 40 2.2.1 INKOMPRESSIBLE MEDIEN ..................................................... 40 2.2.2 KOMPRESSIBLE MEDIEN ........................................................ 44 3 FILTRATION 49 3.1 TIEFENFILTRATION ............................................................................. 49 3.2 STATISCHE OBERFLAECHENFILTRATION (KUCHENFILTRATION) ..................... 50 3.2.1 INKOMPRESSIBLE MEDIEN ..................................................... 51 3.2.2 KOMPRESSIBLE MEDIEN ........................................................ 54 3.2.3 EFFEKTIVER FILTERMEDIUMWIDERSTAND UND INTERFERENZFAKTOR 55 13 3.3 DYNAMISCHE OBERFLAECHENFILTRATION (QUERSTROMFILTRATION) .... 61 3.3.1 EINFLUSS VON PROZESSPARAMETERN AUF DEN SPEZIFISCHEN PERMEATVOLUMENSTROM (EMPIRISCH) .................................... 62 3.3.1.1 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK ..................................... 62 3.3.1.2 EINFLUSS UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN .................... 63 3.3.1.3 EINFLUSS SUSPENSIONSKONZENTRATION ....................... 64 3.3.1.4 EINFLUSS TEMPERATUR .............................................. 65 3.3.1.5 EINFLUSS FILTRATIONSZEIT ........................................ 65 3.3.1.6 EINFLUSS PARTIKELSYSTEM ........................................ 66 3.3.1.7 EINFLUSS SUSPENSIONSFLUESSIGKEIT ............................ 66 3.3.2 FOLGERUNGEN FUER DIE MODELLIERUNG .................................... 66 3.3.2.1 DURCHSTROEMUNG MIT DOMINIERENDEN ZAEHIGKEITSKRAEFTEN .................................................. 66 3 3.2.2 BESCHREIBUNG DER UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN DURCH DIE WANDSCHUBSPANNUNG ........................... 67 3.3.2.3 EMPIRISCHE MODELLIERUNGSANSAETZE FUER DEN EINFLUSS VON UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN UND SUSPENSIONSKONZENTRATION .................................... 68 3.3.2.4 DECKSCHICHTBILDUNG .............................................. 69 3.3.2.5 LOKALER UND MITTLERER SPEZIFISCHER PERMEATVOLUMENSTROM ......................................... 73 3.3.3 SPEZIELLE MODELLE FUER DEN RUECKTRANSPORT VON PARTIKELN VOM FILTERMEDIUM WEG IN DIE KERNSTROEMUNG UND DEN RESULTIERENDEN LIMITIERENDEN SPEZIFISCHEN PERMEAT VOLUMENSTROM ..................................................... 75 3.3.3.1 ANNAHMEN UND VEREINFACHUNGEN ........................ 75 3.3.3.2 MOLEKULARE DIFFUSION ............................................ 78 3.3.3.3 SCHERDIFFUSION ........................................................ 83 3.3.3.4 DYNAMISCHER AUFTRIEB .......................................... 85 3.3.3.5 UEBERLAGERUNG VON RUECKTRANSPORTMECHANISMEN . . 89 3.3.3.6 EINFLUSS DER POLYDISPERSITAET VON SUSPENSIONEN . . 91 4 NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION 93 4.1 ANNAHMEN UND VEREINFACHUNGEN ............................................... 94 4.2 STROEMUNGSMODELLIERUNG .............................................................. 96 4.3 TURBULENZMODELLIERUNG .............................................................. 96 4.4 DISKRETISIERUNG DES STROEMUNGSGEBIETS ......................................... 100 4.5 DISKRETISIERUNG DER ERHALTUNGSGLEICHUNGEN ................................... 101 4.6 NUMERISCHE LOESUNG ...................................................................... 102 14 II EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 103 5 VERWENDETE MATERIALIEN 105 5.1 FILTERMEDIUM .................................................................................. 105 5.1.1 POLYMERMEMBRAN ................................................................ 106 5.1.2 KERAMIKMEMBRAN ................................................................ 106 5.2 SUSPENSION ..................................................................................... 107 5.2.1 ALUMINIUMOXID (AI2O3) ........................................................ 108 5.2.2 WEINHEFE ............................................................................... 112 6 FILTRATIONSSPEZIFISCHE CHARAKTERISIERUNG DER VERWENDETEN MATERIALIEN DURCH STATISCHE OBERFLAECHENFILTRATION 117 6.1 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND ........................................................ 118 6.1.1 VERSUCHSAUFBAU ................................................................... 118 6.1.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG ........................................................... 119 6.1.3 VERSUCHSAUSWERTUNG ............................................................. 119 6.1.4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION .................................................. 120 6.2 EFFEKTIVER FILTERMEDIUMWIDERSTAND UND SPEZIFISCHER FILTERKUCHENWIDERSTAND ................................................................ 121 6.2.1 VERSUCHSAUFBAU ................................................................... 122 6.2.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG ........................................................... 122 6.2.3 VERSUCHSAUSWERTUNG ............................................................. 123 6.2.3.1 ZEITLICH UNVERAENDERLICHER SPEZIFISCHER FILTERKUCHENWIDERSTAND ............................................ 123 6.2.3.2 ZEITLICH VERAENDERLICHER SPEZIFISCHER FILTERKUCHENWIDERSTAND ............................................ 128 6.2.3.3 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK AUF SPEZIFISCHEN FILTERKUCHENWIDERSTAND (KOMPRESSIBILITAET) .... 130 6.2.4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION .................................................. 131 6.2.4.1 ALUMINIUMOXIDSUSPENSION ...................................... 131 6.2.4.2 WEINHEFESUSPENSION BEI KLEINEN QUELLZEITEN . . . 133 6.2.4.3 WEINHEFESUSPENSION BEI GROSSEN QUELLZEITEN (ZELLYSE) ................................................................... 136 6.2.5 VERGLEICH DER STOFFSYSTEME UND DISKUSSION ....................... 139 7 EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG DES MODELLS FUER DIE DYNAMISCHE OBERFLAECHENFILTRATION 143 7.1 AUSWERTUNG DER DYNAMISCHEN OBERFLAECHENFILTRATIONSVERSUCHE . 145 7.1.1 STOFFEIGENSCHAFTEN ................................................................ 145 7.1.2 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND ............................................... 145 7.1.3 STATIONAERER ZUSTAND ............................................................. 145 7.1.4 MODELL FUER DEN SPEZIFISCHEN PERMEATVOLUMENSTROM .... 149 15 7.2 VERSUCHE AM KANALMODUL .............................................................. 152 7.2.1 STROEMUNGSVERHAELTNISSE IM APPARAT ...................................... 153 7.2.1.1 WANDREIBUNGSGESETZ BEI UNDURCHLAESSIGEN WAENDEN 153 7.2.1.2 WANDREIBUNGSGESETZ BEI DURCHLAESSIGEN WAENDEN . 155 7.2.2 VERSUCHSAUFBAU .................................................................... 157 7.2.3 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG ........................................................... 160 7.2.4 VERSUCHSAUSWERTUNG .............................................................. 164 7.2.5 ERGEBNISSE UND DISKUSSION .................................................. 167 7.2.5.1 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND ................................... 167 7.2.5.2 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK UND 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LITERATURVERZEICHNIS 269 VEROEFFENTLICHUNGEN 279 BETREUTE WISSENSCHAFTLICHE ARBEITEN 283 17
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG, ABSTRACT 9 SYMBOLVERZEICHNIS 19 1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 23 1.1 EINLEITUNG . 23 1.2 ZIEL DER ARBEIT . 24 1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 25 2 GRUNDLEGENDE STROEMUNGSPHAENOMENE IN FEST-FLUESSIG-SYSTEMEN 27 2.1 BEWEGUNG VON PARTIKELN IN FLUESSIGKEITEN UND SUSPENSIONEN . . 27 2.1.1 SYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN REINER FLUESSIGKEIT . 28 2.1.2 SYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN SUSPENSION MIT HOMOGENER KONZENTRATION (SCHWARMEINFLUSS) . 29 2.1.3 ASYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN REINER FLUESSIGKEIT (DYNAMISCHER AUFTRIEB) . 30 2.1.4 ASYMMETRISCH UMSTROEMTES PARTIKEL IN SUSPENSION MIT INHOMOGENER KONZENTRATION (SCHERDIFFUSION) . 34 2.2 DURCHSTROEMUNG POROESER MEDIEN . 40 2.2.1 INKOMPRESSIBLE MEDIEN . 40 2.2.2 KOMPRESSIBLE MEDIEN . 44 3 FILTRATION 49 3.1 TIEFENFILTRATION . 49 3.2 STATISCHE OBERFLAECHENFILTRATION (KUCHENFILTRATION) . 50 3.2.1 INKOMPRESSIBLE MEDIEN . 51 3.2.2 KOMPRESSIBLE MEDIEN . 54 3.2.3 EFFEKTIVER FILTERMEDIUMWIDERSTAND UND INTERFERENZFAKTOR 55 13 3.3 DYNAMISCHE OBERFLAECHENFILTRATION (QUERSTROMFILTRATION) . 61 3.3.1 EINFLUSS VON PROZESSPARAMETERN AUF DEN SPEZIFISCHEN PERMEATVOLUMENSTROM (EMPIRISCH) . 62 3.3.1.1 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK . 62 3.3.1.2 EINFLUSS UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN . 63 3.3.1.3 EINFLUSS SUSPENSIONSKONZENTRATION . 64 3.3.1.4 EINFLUSS TEMPERATUR . 65 3.3.1.5 EINFLUSS FILTRATIONSZEIT . 65 3.3.1.6 EINFLUSS PARTIKELSYSTEM . 66 3.3.1.7 EINFLUSS SUSPENSIONSFLUESSIGKEIT . 66 3.3.2 FOLGERUNGEN FUER DIE MODELLIERUNG . 66 3.3.2.1 DURCHSTROEMUNG MIT DOMINIERENDEN ZAEHIGKEITSKRAEFTEN . 66 3 3.2.2 BESCHREIBUNG DER UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN DURCH DIE WANDSCHUBSPANNUNG . 67 3.3.2.3 EMPIRISCHE MODELLIERUNGSANSAETZE FUER DEN EINFLUSS VON UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN UND SUSPENSIONSKONZENTRATION . 68 3.3.2.4 DECKSCHICHTBILDUNG . 69 3.3.2.5 LOKALER UND MITTLERER SPEZIFISCHER PERMEATVOLUMENSTROM . 73 3.3.3 SPEZIELLE MODELLE FUER DEN RUECKTRANSPORT VON PARTIKELN VOM FILTERMEDIUM WEG IN DIE KERNSTROEMUNG UND 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EINFLUSS UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN, WEINHEFESUSPENSION . 185 7.4 VERSUCHE AM RADIAL-SCHERSPALTFILTER . 186 7.4.1 STROEMUNGSVERHAELTNISSE IM APPARAT . 188 7.4.1.1 MODELLGLEICHUNGEN . 188 7.4.1.2 NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION . 191 7.4.2 VERSUCHSAUFBAU . 200 7.4.3 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG . 203 7.4.4 VERSUCHSAUSWERTUNG . 207 7.4.4.1 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND . 208 7.4.4.2 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK UND UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN, MODELLGLEICHUNGEN . 209 7.4.4.3 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK UND UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN, NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION . 211 7.4.5 ERGEBNISSE UND DISKUSSION . 212 7.4.5.1 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND, POLYMERMEMBRAN . 212 7.4.5.2 FILTERMEDIUMLEERWIDERSTAND, KERAMIKMEMBRAN . 214 7.4.5.3 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK UND UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN, POLYMERMEMBRAN . 214 16 7.4.S.4 EINFLUSS FILTRATIONSDRUCK UND UEBERSTROEMUNGSBEDINGUNGEN, KERAMIKMEMBRAN . 220 8 GRENZEN DES MODELLS FUER DIE DYNAMISCHE OBERFLAECHENFILTRATION 225 8.1 VERSUCHSAUFBAU . 226 8.2 VERSUCHSAUSWERTUNG . 226 8.3 ERGEBNISSE UND DISKUSSION . 228 8.4 URSACHEN FUER DIE ERHOEHUNG DES SPEZIFISCHEN PERMEATVOLUMENSTROMS . 230 9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 233 A EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 237 B QUELLCODE DER USER DEFINED FUNCTION 265 LITERATURVERZEICHNIS 269 VEROEFFENTLICHUNGEN 279 BETREUTE WISSENSCHAFTLICHE ARBEITEN 283 17
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