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Eckhard Schleicher
Senior Scientist, Building Responsible Experimental Hall 771
Experimental Thermal Fluid Dynamics
e.schleicherAthzdr.de
Phone: +49 351 260 3230, +49 351 260 2103
Fax: +49 351 260 13230

Dr. Markus Schubert
Experimental Thermal Fluid Dynamics
m.schubertAthzdr.de
Phone: +49 351 260 2627
Fax: +49 351 260 2383

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Topflow+collage

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.

Aufbau eines Versuchsstandes

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.

Gebäude 771, Versuchshalle TOPFLOW+

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+

Foto: Grundlegende fluiddynamische Untersuchungen - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Fundamental fluid dynamics analysis

Experimental analyses in bubble columns using advanced noninvasive imaging techniques, namely Ultrafast X-ray Computed Tomography and Radioactive Particle Tracking, in a time-resolved manner were performed, where each data set provides complimentary ­information to the other.
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Foto: Reactive two-phase flows - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Reactive bubbly flows

The aim of this sub-project is the experimental investigation of hydrodynamics in bubbly flows and their influence on the chemical absorption in a lab-scale bubble column (100 mm).
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Foto: Bubble columns with internals - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Bubble columns with internals

The aim of this study is to reveal the influence of various tube layouts and sizes in bubble columns on the hydrodynamics, i.e. bubble size distribution, interfacial area, velocity profiles and gas phase holdup.
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Foto: Open-cell solid foams as catalyst carrier for structured reactors - reference picture ©Copyright: Johannes Zalucky

Open-cell solid foams as catalyst carrier for structured reactors

In the course of the Helmholtz Energy Alliance ‘Energy Efficient Chemical Multiphase Processes’, different approaches with the application of open-cell solid foams as catalyst carrier were adopted for the optimization of the example process of the hydrogenation of nitrobenzene to aniline.
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Foto: Experimental and theoretical investigations of fluid dynamics and mass transfer in sandwich packings - logo ©Copyright: Torsten Berger

Fluid dynamics and mass transfer in sandwich packings

Within the scope of the DFG-funded project, the fluid dynamic behavior of sandwich packings is comprehensively studied at HZDR. For this purpose, experimental studies are carried out in a 100 mm dia­meter column operated with water and air in the counter-current mode. The ultrafast X-ray ­tomo­graphy permits noninvasive imaging of the complex and highly dynamic flow patterns inside the packing.
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Foto: Effect of fluid dynamics on separation efficiency of column trays - logo ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Fluid dynamics and se­paration efficiency of column trays

Flow and mixing patterns are studied at high spatial and temporal resolution via advanced measurement and imaging techniques in tray columns. A column fitted with sieve trays and a wire-mesh sensor is installed and hydraulic data are utilized to develop new modeling methodo­logies to quantify the tray se­paration efficiency.
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Foto: Efficient gas dispersion systems - reference picture ©Copyright: Dr. Sebastian Reinecke

Efficient gas dispersion systems

Fundamental experiments are being conducted to study the generation process of gas bubbles at flexible and rigid orifices for different sparger plate materials. Moreo­ver, continuous and dynamic flow regimes are investigated.
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Foto: Bio-catalyzed removal of dye - reference picture ©Copyright: Dr. Iman Haider Mahdi Mohammed

Bio-catalyzed removal of dye

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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