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Numerische und experimentelle Untersuchung eines Rotor-Stator-Mischsystems

Christina Smuda

ISBN 10: 3844010718 / ISBN 13: 9783844010718
Editore: Shaker Verlag Jun 2012, 2012
Nuovi Condizione: Neu
Da Rhein-Team Lörrach Ivano Narducci e.K. (Lörrach, Germania)

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Neuware - Rotor-Stator-Mischer kommen seit Jahrzehnten in vielen produktverarbeitenden Industriezweigen zum Einsatz. Als Mischer mit hoher Scherwirkung zeichnen sie sich durch eine hohe Mischintensität aus. Trotz ihrer Vorteile und der weiten Verbreitung existieren in der Literatur zu diesem Mischertyp nur wenige systematische Untersuchungen hinsichtlich Strömungsfeld, Betriebs- und Mischverhalten. In der vorliegenden Forschungsarbeit wird ein axial durchströmter Rotor-Stator-Mischer im Inline- Betrieb untersucht mit dem Ziel, Ähnlichkeitsgesetze für die Betriebsgrößen Druck- und Temperaturdifferenz über den Mischer, Drehmoment und dissipierte Leistung herzuleiten. Der Fokus der Untersuchung, die sowohl mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik als auch experimentell erfolgt, liegt auf der Homogenisierung zweier mischbarer viskoser Fluide mit newtonschem Fließverhalten, wobei der Mischprozess vollständig im laminaren Strömungsbereich stattfindet. Bei den numerischen Untersuchungen wird das Strömungsfeld im Rotor-Stator-Mischer durch Lösen der strömungsmechanischen Grundgleichungen berechnet. Zur numerischen Simulation wird die kommerzielle Strömungssimulationssoftware Ansys® Fluent® eingesetzt. Die Auswertung der Simulationsergebnisse erfolgt hinsichtlich des Strömungsfeldes, der Druck- und Temperaturdifferenz über den Mischer, der dissipierten Leistung, dem an der Rotorwelle wirkenden Drehmoment sowie hinsichtlich der Mischgüte. Die Mischgüte wird aus der berechneten Konzentrationsverteilung am Mischerausgang bestimmt. Die für die experimentellen Untersuchungen konzipierte Versuchsanlage erlaubt die Messung der Druckdifferenz über den Mischer sowie die Ermittlung des Drehmoments an der Rotorwelle. Die Mischgüte wird mit Hilfe der Planaren Laser-Induzierten Fluoreszenz (PLIF) bestimmt. Zunächst wird in einer Parameterstudie die isoviskose Vermischung zweier Fluide im Volumenverhältnis 1:1 analysiert. Die Ergebnisse werden in Form dimensionsloser Kennzahlen dargestellt, und die Zusammenhänge zwischen den Kennzahlen durch Regressionsmodelle beschrieben. Ein Vergleich der Ergebnisse aus der numerischen Strömungssimulation mit den experimentellen Ergebnissen ergibt eine gute Übereinstimmung, wodurch das Simulationsmodell validiert wird. Ergänzend zur Analyse der isoviskosen Vermischung werden das Volumenstrom- und das Viskositätsverhältnis der zwei Komponenten variiert. Neben den Betriebsgrößen ist auch die Verweilzeitverteilung ein wichtiges Mischermerkmal. Die Bestimmung der Verweilzeitsummenkurve erfolgt sowohl numerisch als auch experimentell über einen Konzentrationssprung am Zulauf und die resultierende Sprungantwort hinter dem Mischer. Mit Hilfe des für das Grundmodell des Rotor-Stator-Mischers validierten Simulationsmodells wird eine Variation verschiedener Geometrieparameter durchgeführt. Hieraus lässt sich eine optimierte Mischergeometrie ableiten. Deren abschließende Analyse mittels numerischer Strömungsmechanik und durch experimentelle Untersuchungen ergibt im Vergleich zur untersuchten Grundgeometrie einen um 20% reduzierten Leistungseintrag bei leicht verbesserter Mischgüte. Die durchgeführte Geometrieoptimierung zeigt ein großes Potential zur Verbesserung der Effektivität von Rotor-Stator-Mischern. Mit dem entwickelten Simulationsmodell kann insbesondere bei der industriellen Auslegung von Rotor-Stator-Mischsystemen eine deutliche Steigerung der Effizienz erreicht werden. Da die numerische Strömungssimulation eine Vorhersage des Betriebs - und Mischverhaltens ermöglicht, kann auf den Bau von Prototypen sowie kosten- und zeitintensive Experimente verzichtet werden. 156 pp. Deutsch. Codice inventario libreria 9783844010718

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Dati bibliografici

Titolo: Numerische und experimentelle Untersuchung ...

Casa editrice: Shaker Verlag Jun 2012

Data di pubblicazione: 2012

Legatura: Buch

Condizione libro:Neu

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