XFLOW: Ultraschnelle Röntgentomographie turbulenter Blasenströmungen

Das Verständnis über disperse Gas-Flüssig-Strömungen in Blasensäulen oder auf Kolonnenböden ist nach wie vor sehr lückenhaft. Insbesondere das Blasenschwarmverhalten, die sich einstellenden Strömungsmuster und kohärenten Strukturen sowie der Grad der Turbulenz sind bisher kaum quantifiziert - erst recht nicht bei relevanten Prozessbedingungen, wie erhöhtem Druck und organischen Medien.
Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe der ultraschnellen Röntgen-Computertomographie die komplexen Strömungsphänomene in Blasensäulen aufzuklären. Dazu werden zunächst einfache Stoffsysteme, wie Wasser-Luft untersucht, um nachfolgend zu organischen Stoffsystemen und höheren Betriebsdrücken überzugehen Aus den Messdaten lassen sich umfangreiche Prozessgrößen und Kennzahlen zur Beschreiung von Hydrodynamik und Stofftransport sowie zur Auslegung von Blasensäulen extrahieren. Darüber hinaus werden statistische Methoden wie die Wavelet-Analyse und die nichtlineare Chaos-Analyse eingesetzt, um aus den hochfrequenten Messdaten versteckten Informationen zur Strömungsdynamik und zu Regimeübergängen abzuleiten.
Darüber hinaus bieten die tomographischen Messungen Aufschluss über Koaleszenz- und Zerfallsraten in Blasenschwärmen und ermöglichen die Entwicklung von entsprechenden Modellen über das homogene Strömungsregime hinaus. Letztendlich fließen die experimentellen Ergebnisse in Modelle zur numerischen Strömungssimulation ein.

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Förderung

• Projektträger: Europäischer Forschungsrat
• Titel: 7. Rahmenforschungsprogramm, Starting Grants
• Förderkennzeichen: 307360
• Laufzeit: 01/13 - 12/16

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Literatur

Journalpublikationen

• S. Nedeltchev; Th. Donath; S. Rabha; U. Hampel; M. Schubert
  New Evidence for the Mixing Length Concept in a Narrow Bubble Column Operated in the Transition Regime
  Journal of Chemical Engineering of Japan 47, 722-729 (2014)

• S. Nedeltchev; M. Schubert
  Statistical Validation of the Mixing Length Concept in Bubble Columns Operated in the Transition Flow Regime
  Journal of Chemical Engineering of Japan 48, 107-111 (2015).

• S. Nedeltchev; U. Hampel; M. Schubert
  Experimental Study On the Radial Distribution of the Main Transition Velocities in Bubble Columns
  WIT Transactions on Engineering Sciences 89, 127-138 (2015), ISBN: 978-1-84564-946-3

Konferenzbeiträge - Vorträge

• S. Azizi; M. Schubert
  Numerical Modeling of Bubble Columns Using Experimental Breakup and Coalescence Rates of Bubbles
  DECHEMA Annual Meeting of the Specialized Groups on Computational Fluid Dynamics, Mixing Processes and Rheology, Würzburg (Germany), February 24-25 (2014).

• S. Nedeltchev; M. Schubert; Th. Donath; S. Rabha; U. Hampel
  Relationship Between Kolmogorov Entropy and Characteristic Mixing Length in Narrow Bubble Columns Operated in the Transition Flow Regime
  DECHEMA Annual Meeting of the Specialized Groups on Multiphase Flows and Heat- and Mass Transfer, Fulda (Germany), March 24-25 (2014).

• S. Azizi; Y. M. Lau; M. Schubert
  Analysis of Breakup & Coalescence Rates inside the Bubble Columns
  21st International Congress of Chemical and Process Engineering (CHISA-21), Prague (Czech Republic), August 23-27 (2014).

• S. Nedeltchev; M. Schubert; Th. Donath; S. Rabha; U. Hampel
  Identification of the Main Flow Regime Boundaries in Two Bubble Columns Based On a New Parameter Extracted from Gas Holdup Fluctuations
  2nd International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE-2), Hamburg (Germany), September 24-27 (2014).

• Y. M. Lau; M. Schubert
  Bubble Size and Velocity Measurements in Bubble Columns using Ultrafast X-ray Tomography
  AIChE Annual Meeting, Atlanta (USA), November 16-21 (2014).

• S. Nedeltchev; U. Hampel; M. Schubert
  Experimental study on the radial distribution of the main transition velocities in bubble columns
  Eight International Conference On Computational and Experimental Methods in Multiphase and Complex Flow (Multiphase Flow 2015), Valencia (Spain), April 20-22 (2015).

• N. Šimić; K. Breiler; M. Schubert
  Hydrodynamic and Mass Transfer Properties of a Bubble Column with Vertically Inserted Tube Bundles
  12th International Conference On Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid Reactor Engineering (GLS12), New York (USA), June 28-July 1 (2015).

• Y. M. Lau; K. Müller; M. Schubert
  Analyzing clustering in bubbly flow using ultra-fast X-ray tomography
  12th International Conference On Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid Reactor Engineering (GLS12), New York (USA), June 28-July 1 (2015).

• S. Nedeltchev; M. Schubert
  New Approaches for Prediction of Gas Holdups and Validation of the Mixing Length Concept in Gas-Liquid and Slurry Bubble Columns
  12th International Conference On Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid Reactor Engineering (GLS12), New York (USA), June 28-July 1 (2015).

Konferenzbeiträge - Poster

• S. Nedeltchev; U. Hampel; M. Schubert
  Comparison of New Entropy Profiles in Bubble Columns Operated with Air-Water and Air-Therminol Systems
  Annual Meeting of the Professional Groups On Computational Fluid Dynamics and Multiphase Flows, Lüneburg (Germany), March 19-20 (2015).

• S. Azizi; Y. M. Lau; M. Schubert
  The Breakup and Coalescence of Bubbles Considering Interphase Turbulence Transfer in Bubbly Flows
  12th International Conference On Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid Reactor Engineering (GLS12), New York (USA), June 28-July 1 (2015).

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Weiterführende Links

• Ultraschneller Elektronenstrahl-Röntgentomograph ROFEX
• Computational Fluid Dynamics (CFD)
• Messtechnik