Experimentelle Untersuchung der Zweiphasenströmung im Rührkessel


Experimentelle Untersuchung der Zweiphasenströmung im Rührkessel

Rox, H.

Die Kenntnis des Strömungsfeldes einer Zweiphasenströmung (fest/flüssig) in Rührkesseln, insbesondere hinsichtlich der Turbulenz, stellt einen Schwerpunkt für das Verständnis des industriell relevanten Flotationsprozesses sowie dessen numerischen Simulation dar. In dieser Arbeit werden die Strömungsfelder der Fluidphase (deionisiertes Wasser) und Feststoffphase (Polyethylen- bzw. Glaspartikel mit d_P = 63...70 μm; d_P = 150...180 μm; d_P = 425...500 μm) mithilfe von Particle Image Velocimetry und Particle Shadow Velocimetry ermittelt sowie mit Ergebnissen aus der Literatur und numerischen Simulationen verglichen. Es wird der Einfluss der Feststoffpartikel auf das Geschwindigkeitsfeld, die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten sowie die Verteilung der Partikel im Rührkessel (D_K = 90 mm) betrachtet. Hierfür wird die Volumenkonzentration der Partikel in drei Schritten von 0,025 vol-% auf 0,1 vol-% erhöht und die Partikel werden mittels Scheibenrührer (Re_R = 9,7; 14,9 oder 22,4*10⁴) suspendiert. Entscheidend für den Einfluss der Partikel auf die Flüssigphase sind der Partikeldurchmesser und die Partikeldichte. Bei den betrachteten Volumenkonzentrationen scheint diese vernachlässigbar zu sein. Innerhalb des Rührerstrahls wird in Lauflänge eine zunehmende Dämpfung der radialen Geschwindigkeit sowie teilweise eine leichte Ablenkung des Rührerstrahls Richtung Rührkesselboden festgestellt. Bei den axialen Geschwindigkeiten dominieren Partikel großer Stokes-Zahlen die abwärtsgerichtete Zweiphasenströmung und können dem Fluid nicht folgen. Die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten werden generell durch die Partikel (Re_P < 170) gedämpft. Es wird bestätigt, dass die konkrete Rührerstellung keinen Einfluss auf das Strömungsfeld im äußeren Bereich des Rührkessels besitzt.

Keywords: Zweiphasenströmung; Rührkessel; Particle Image Velocimetry; PIV; Particle Shadow Velocimetry; PSV; Turbulenz; Feststoffpartikel; Flotation

  • Diploma thesis
    TU Dresden, 2020
    Mentor: Prof. Dr. et Ing. habil. Kerstin Eckert
    161 Seiten

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-30946
Publ.-Id: 30946