Validierung instrumentierter Strömungsfolger in einem Rührbehälter

Zur Untersuchung der Prozesse in Mischbehältern wurde am HZDR das Konzept instrumentierter, Strömungsfolger entwickelt. Diese können als auftriebsneutrale Sensorpartikel in großen Behältern, wie z. B. Biogasfermentern, Bioreaktoren und Belebtschlammbecken, eingesetzt werden und erfassen dabei kontinuierlich Prozessparameter. Nach der Rückgewinnung der Sensorpartikel aus dem Prozess werden die Daten einem computergestützten Analysesystem zur Verfügung gestellt. Die entwickelten prototypischen Sensorpartikel bestehen aus auftriebsneutralen Kapseln, welche mit einer integrierten Messelektronik ausgestattet sind. Das Systemkonzept berücksichtigt derzeit miniaturisierte Sensoren für die Umgebungstemperatur, die vertikale Position als Funktion des hydrostatischen Drucks sowie für die Beschleunigung. Die Funktionstüchtigkeit der Sensorpartikel wurde bereits unter realen Strömungsbedingungen von Biogasfermentern nachgewiesen. Im Beitrag werden die Ergebnisse weiterführender Validierungsexperimente mit den Sensorpartikeln in einem Rührbehälter mit Wasser und einer viskosen Glycerin-Lösung bei verschiedenen Rührerdrehzahlen vorgestellt. Die Messdaten der Sensorpartikel lassen Aussagen über die Homogenität der Vermischung, das axiale Strömungsprofil und die Struktur grobballiger Wirbel zu. Weiterhin wurden mit den Sensorpartikeln Zirkulationszeiten ermittelt und mit Referenzdaten aus Salztracermessungen verglichen. Basierend auf den Zirkulationszeiten wurden relevante Parameter von Rührwerksmodellen, wie z. B. Zirkulationsbeiwerte, und Parameter von Dispersionsmodellen, wie die PECLÉT-Zahl, bestimmt. Zudem wurde in dem Rührbehälter das Strömungsfolgeverhalten der Sensorpartikel untersucht und Rückschlüsse auf die Anwendung in z. B. Biogasfermentern gezogen.