Mehrzweck-Experimentalhalle TOPFLOW+

Mit der Inbetriebnahme der Versuchshalle TOPFLOW+ im Jahr 2014 stehen für fluiddynamische Experimente und Messkampagnen auf 750 m² Fläche sieben variable Versuchsfelder, sowie ein strahlendicht abgeschirmtes Röntgenlabor zur Verfügung. Während in der TOPFLOW-Versuchshalle hauptsächlich Experimente unter Druck bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, ist die Versuchshalle TOPFLOW+ vornehmlich für mesoskalige, drucklose Experimente vorgesehen, welche dafür aber zum großen Vorteil vollparallel betrieben werden können.

Hierfür verfügt jedes der sieben Versuchsfelder über ein separates Medienterminal, welches neben den elektrischen Anschlüssen auch Netzwerk, Wasser, Druckluft und technische Gase (Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid) bereitstellt. Die Druckluftversorgung ist untergliedert in eine kleine Hilfsdruckluft, die an jedem Versuchsstand separat geregelt werden kann und zwei weitere Stränge (DN80) für die beiden Seiten der Halle, welche über Durchflussregler zentral angesteuert werden und maximal bis zu 900 Nm³ Luft zur Verfügung stellen können. Die einzelnen Versuchsfelder sind darüber hinaus entweder mit Fußbodeneinläufen (für Luft/Wasser Experimente) oder speziellen Bodenwannen mit Gitterrost ausgerüstet, welche sämtliche gewässergefährdenden Substanzen sicher auffangen. An den Medienterminals sind darüber hinaus flexible Absaugarme installiert, um Gase und Aerosole sicher abzuleiten.

Das Röntgenlabor verfügt über ein ultraschnelles Elektronenstrahl-Röntgen-Computertomographie-System (ROFEX III), welches bis zu 8000 Schnittbilder pro Sekunde erfassen kann und damit dynamische Daten über Fluidverteilungen aus verschiedensten Experimenten ermöglicht. Der ROFEX III ist an einer Traversiereinrichtung montiert, welche auf der Kranbahn läuft, wodurch nahezu jede Position und Lage im Labor mit den Bildebenen des Scanners erreicht werden kann. Außerdem verfügt das Labor über eine Mikrofokus-CT-Anlage mit Feinfokus-Röhre, mit welcher mikrotomographische 3D-Scans von beliebigen Objekten und Strömungen mit Auflösungen im Mikrometer-Bereich möglich sind. Sowohl die Versuchshalle selbst als auch das Röntgenlabor sind mit Hallenkränen (7,5 t und 5 t) ausgestattet, um auch große und schwere Objekte sicher manipulieren zu können. Eine kleine mechanische Werksstatt erlaubt schnelle Auf- und Umbauten der fluiddynamischen Experimente.

Die Bandbreite der Versuchsanlagen reicht von generischen Experimenten zu Strömungsstrukturen und -phänomenen in Rohrleitungen mit Armaturen und Hindernissen über Experimente an Destillationskolonnen und Mehrphasenreaktoren mit Stofftransportuntersuchungen bis hin zu Studien zur effizienten Begasung in der Abwasseraufbereitung.

Ausgewählte experimentelle Untersuchungen in der Experimentalhalle TOPFLOW+

Grundlegende fluiddynamische Untersuchungen

Zur experimentellen Analyse von komplexem Strömungs­- und Misch­verhalten in Blasensäulen werden neuste nichtinvasive Bildge­bungs­verfahren, die ultraschnelle Röntgen­tomo­graphie und das radioaktive Partikel-Tracking, eingesetzt, die zueinan­der komplementäre zeitaufgelöste Messdaten bereitstellen.

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Reaktive Blasenströmungen

Ziel des Teil­projektes „Einfluss lokaler Transport­prozesse auf chemische Reak­tionen in Blasenströmungen“ ist die experimentelle Charakterisie­rung der Hydrodynamik und die Untersuchung deren Einflusses auf die chemische Absorption in einer Laborblasensäule (DN 100).

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Blasensäulen mit Einbauten

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von ­verschiedenen Rohranordnungen und -größen in Wärme­übertragern auf die Hydrodynamik, d.h. Blasengrößen­vertei­lung, Stoffaustauschfläche, Geschwindig­keitsprofile und Gasgehalt.

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Offenporige Schäume als Katalysatorträger für Strukturreaktoren

Im Rahmen der Helmholtz-Energie-Allianz „Energieeffiziente chemische Mehrphasenprozesse“ wurden ­verschiedene Ansätze ­verfolgte, um den großskaligen Beispielprozess der Hydrie­rung von Nitrobenzol zu Anilin unter Einsatz von offenzelligen Feststoffschäumen als Katalysatorträger zu optimieren.

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Fluiddynamik und Stofftrenn­verhalten von Anstaupackungen

Im Rahmen des durch die DFG geförderten Projekts erfolgt am HZDR die umfängliche Charakterisie­rung der Strömungs­vorgänge in Anstaupackungen (Ø = 100 mm), die zunächst mit Modell-Stoffsystemen betriebenen werden. Die ultraschnelle Röntgen­tomo­graphie als nichtinvasives Mess­verfahren liefert Einblicke in die komplexen und hochdynamischen Strömungs­formen im Inneren der Packungen.

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Fluiddynamik und Trenneffizienz von Kolonnenböden

Mithilfe neuer Bildge­bungs­technik werden sich ausbildende Strömungs­struk­turen und der Grad der Flüssigphasen­vermi­schung in Bodenkolonnenn mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflö­sung untersucht. Dazu wurde eine Siebbodenkolonne mit Gittersensorik instrumen­tier­t und die hydraulischen Daten zur Entwick­lung neuer Modellansätze für die Bewer­tung der Trenneffizienz herangezogen.

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Effiziente Gaseintragssysteme

In experimentellen Grund­lagenstudien wird die Entstehung von Gasblasen an flexiblen und starren Öffnungen ­verschiedener Material­ien untersucht. Dabei werden sowohl kontinuierliche als auch dynamische Strömungs­regime in Betracht gezogen.

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Biokatalyse zur Farbstoffentfernung

The project aims on developing new concepts of the use of natural porous loofa materials as biocatalyst carrier and the use of oxidative enzymes as biochemical catalysts for the treatment of contaminated water.

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