Grobstruktursimulation der Holzvergasung in WirbelschichtenDie detaillierten chemisch-physikalischen Zusammenh\u00e4nge bei der Vergasung von Biomasse sind zum Teil immer noch unverstanden, was unter anderem an der Modellierungsgenauigkeit liegt. In diesem Lichte ist gerade die Ber\u00fccksichtigung einzelner Brennstoff-Partikel und deren Historie ein wesentlicher Vorteil der hier angestrebten Art der Modellierung (Euler-Lagrange-Modelle).Mit Hilfe eines in dieser Arbeit entwickelten Simulationswerkzeuges (auf Basis der Euler-Lagrange-Modellierung) soll es m\u00f6glich werden, einen tieferen Einblick in bisher unverstandene Zusammenh\u00e4nge zu erm\u00f6glichen. Dabei sollen eigene Berechnungen untereinander, mit anderen g\u00e4ngigen Simulationswerkzeugen (z.B. MFIX), Literaturdaten und am Institut gewonnenen experimentellen Daten verglichen werden.Um eine detaillierte Modellierung des Vergasungsgeschehens zu erm\u00f6glichen wurde ein transientes, eindimensionales Modell des Abbrandes eines Einzelpartikels (hier bestehend aus Holz bzw. im sp\u00e4teren Verlauf Holzkohle) implementiert, welches in der Literatur hinreichend experimentell validiert wurde. Dabei wird der konvektive Transport verschiedener Gaskomponenten (Luft, Teer und Holzgas), eine Energiebilanz (Feststoff und Gasphase werden hier vereinfacht im thermischen Gleichgewicht betrachtet) und mehrere Massenbilanzen f\u00fcr die einzelnen Komponenten der Festphase simultan gel\u00f6st.Das Modell wurde dahingehend erweitert, dass die in dieser Arbeit angenommene Kugelgeometrie der Biomassepartikel ber\u00fccksichtigt werden kann. Im weiteren Verlauf der Entwicklung dieses Einzelpartikelmodelles sollen einzelne Gaskomponenten(Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Methan etc.) ber\u00fccksichtigt werden, um auch die Vergasung der durch die Pyrolyse entstehenden Holzkohle modellieren zu k\u00f6nnen.Im Zuge der Arbeit am urspr\u00fcnglich inerten Modell einer Wirbelschicht ist im Laufe des ersten Promotionsjahres ein einfacher Gasphasenreaktionsmechanismus (im Wesentlichen Oxidationsreaktionen der brennbaren Pyrolyseprodukte) in die Simulation integriert worden. Dazu werden im nun erweiterten Modell die Komponentenbilanzen der zu ber\u00fccksichtigenden Stoffe, eine Gesamtmassenbilanz mit variabler Dichte und die Energiebilanz gel\u00f6st. Der Energie-, Massen- und Impulsaustausch zwischen den Phasen (fest und gasf\u00f6rmig) wird mit geeigneten Mitteln ber\u00fccksichtigt (particle in cell).Dazu wurde zun\u00e4chst ein nulldimensionales Einzelpartikelmodell (System gew\u00f6hnlicher Differentialgleichungen) in die Reaktorsimulation implementiert, welches in der Lage ist, die wesentlichen Z\u00fcge der Vorg\u00e4nge w\u00e4hrend der Pyrolyse wiederzugeben. Der weitere Ausbau dieses Teils der Promotion sieht die Implementation der heterogenen Vergasungsreaktionen vor, damit auch im Modell des gesamten Reaktors die Vergasung der Holzkohle ber\u00fccksichtigt werden kann. Um letztendlich gen\u00fcgend Vergleichsdaten zur Validierung der entstehenden Reaktorsimulation zu haben, wurde mit Hilfe von MFIX eine Vergleichssimulation auf Basis der Euler-Euler-Modellierung geschaffen.Die Notwendigkeit einer Vergleichssimulation ergibt sich schon deshalb, da Gas-Feststoffstr\u00f6mungen messtechnisch kaum zug\u00e4nglich sind.Im Verlauf der Arbeiten an diesem Modell wurde ein komplettes Pyrolysemodell mit homogener und heterogener Chemie implementiert.Das Modell ist soweit fortgeschritten in seiner Entwicklung, dass bereits quantitative Vergleiche zu Experimenten angestellt werden k\u00f6nnen. Um auch im Rahmen der Euler-Euler-Modellierung die Historie der Holzkohlepartikel ber\u00fccksichtigen zu k\u00f6nnen, sollen im zweiten Promotionsjahr Populationsbilanzen der einzelnen festen Phasen (insb. der Holzkohle) betrachtet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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