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Computational Fluid Dynamics
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Modellierung und Simulation der Dreiphasenströmung in Flotationsapparaten

Skizze einer FlotationssäuleFlotation ist ein Verfahren zur Trennung feinkörniger Feststoffteilchen mittels der unterschiedlichen Benetzbarkeit ihrer Oberflächen. Die selektive Trennung mineralischer Erze im Feinkornbereich (<100 μm) gewinnt zunehmend an Bedeutung insbesondere zur Gewinnung wichtiger Grundstoffe für heutige Schlüsseltechnologien, wie zum Beispiel die Seltenen Erden.

Die Anlagerung der Partikel an die Blasen sowie die Stabilität der gebildeten Aggregate wird neben den chemisch-physikalischen Eigenschaften vor allem durch die lokale Hydrodynamik bestimmt. Eine Optimierung des Designs bestehender bzw. die Entwicklung neuer Flotationsapparate bietet somit ein großes Potential die Effizienz und Selektivität der Trennung durch  gezielte Strömungsführung zu verbessern und damit den Energieeinsatz zu verringern und die Ausbeute zu erhöhen.

Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines Basismodells, welches die Berechnung der der lokalen Hydrodynamik und der Flotationsraten in Apparaten im industriellen Maßstab ermöglicht. Es muss daher eine lokal gemittelte Beschreibung aller Phasen (fest/flüssig/gasförmig) verwendet werden, die sogannten Multi-Fluid Modelle. Im Rahmen dieser Beschreibung werden Schließungsansätze zur Modellierung der Rheologie der Einzelphasen sowie ihrer Wechselwirkung miteinander benötigt. Die Validierung soll für ein breites Spektrum von Strömungsbedingungen und Stoffparametern geschehen, so dass eine breite Anwendbarkeit des Modells gewährleistet ist. Dies ermöglicht die Anwendung auf Probleme in der industriellen Praxis und eine zuverlässige Vorhersage der zu erwartenden Effektivität der Trennung mit hinreichender Genauigkeit.


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