Abteilung CFD-Modellierung von Hochtemperatur-Prozessen (CFD)

Die Arbeiten zur Modellierung von Hochtemperaturprozessen reichen vom chemisch reagierenden Einzelpartikel bis hin zum Gesamtreaktor und umfassen somit den gesamten Skalenbereich. Ein Schwerpunkt ist die Erarbeitung von Konzepten und Modellen zur Simulation unterschiedlicher Hochtemperatur-Reaktoren mithilfe der CFD. Dies umfasst Festbett-, Wirbelschicht- und Flugstromanwendungen in der chemischen Industrie und der Metallurgie. Detailuntersuchungen von Teilsystemen bilden die Grundlage für die Entwicklung neuer Submodelle, die zur verbesserten Beschreibung der Fluid-Feststoff-Wechselwirkungen in Reaktormodelle integriert werden. Die fortschrittliche Reaktormodellierung wird eingesetzt, um mithilfe unterschiedlicher Optimierungsstrategien bestehende Technologien an neue Einsatzbedingungen anzupassen und um neue Technologieansätze zu entwickeln.

Unser Forschungsgegenstand ist:

  • CFD-basierte Berechnung der katalytischen und nichtkatalytischen Erdgasspaltung
  • CFD-Modellierung der Vergasung fester Einsatzstoffe (Flugstrom, Wirbelschicht, Schlackebad)
  • Numerische Untersuchung metallurgischer Prozesse (Wirbelschichtrösten, Tauchlanzenprozesse, Hochöfen, Schmelzöfen)
  • Entwicklung reduzierter Modelle und Mehrparameteroptimierung für Hochtemperatur-Konversionsprozesse
  • Modellbasierte Entwicklung und Auswertung von Hochtemperaturexperimenten
  • CFD-basierte Auslegung und Entwicklung neuer Prüfstände und optischer Messsysteme
  • Berechnung chemisch reaktiver Partikel und Teilmodellentwicklung (Stoff- und Wärmeübergang, Trocknung, Pyrolyse, Vergasung, Agglomeration, Formänderung, Porenentwicklung, Partikel-Partikel-Wechselwirkungen)
  • Stoff- und Wärmeübergang in porösen Medien

Für unsere Arbeit nutzen wir folgende Simulationswerkzeuge:

  • ANSYS Fluent
  • ANSYS Chemkin-Pro
  • Cantera
  • hauseigener 1D-Strömungslöser für mehrphasige reaktive Systeme
  • hauseigener 3D-IBM-Strömungslöser für Strömungen in komplexen Strukturen
  • modeFrontier
  • STAR-CCM+
  • EDEM
Aktuelle Projekte und Referenzen

Aktuelle Projekte:

  • CFD-basierte Optimierung von HP-POX und ATR-Prozessen (interne und Industrieprojekte) 
  • CFD-gestützte Flammenanalyse für ein- und mehrphasige Systeme (OptoVirT+)
  • Modellgestützte automatisierte Werkzeuge zur Auswertung optischer Messungen (OptoVirT+)
  • Schlackeflussberechnung und CFD-gestützte Entwicklung neuer Flugstromvergaser (HotVeGas)
  • Modellentwicklung Flugstromvergasung (Industrie)
  • Verbesserte CFD-Flugstrommodelle basierend auf in-situ-Prozessdiagnose (DFG/NSFC-Projekt)
  • Hochaufgelöste Wirbelschichtmodellierung (ZIK Virtuhcon)
  • Modellierung von Festbettvergasungsprozessen (ZIK Virtuhcon)
  • Partikelaufgelöste Berechnung reaktiver Schüttungen realer Einsatzstoffe (ZIK Virtuhcon)
  • Modellierung von Tauchlanzenprozessen (ZIK Virtuhcon)
  • Zwei-Fluid-Modellierung reaktiver Wirbelschichten (internes Projekt)
  • Entwicklung von Einzelpartikel-Konversionsmodellen (Opticon)
  • Berechnung der Ansatzbildung in Kraftwerkskesseln (Korristent)
  • Entwicklung der Partikelmorphologie unter Hochtemperatur-Bedingungen (Stipendium)
  • Optimierungswerkzeuge für neue Reaktorkonzepte (internes Projekt)
  • Modellgestützte Verbesserung von Hochtemperatur-Experimenten (internes Projekt)
  • CFD-Berechnung von Hochöfen (internes Projekt)
  • Modellierung von Schmelzprozessen (Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie)

Team


Gruppenfoto der Abteilung CFD

Abteilungsleiter:

Mitarbeiter:

Publikationen

Vollständige Publikationsliste (pdf)

Aktuelle Veröffentlichungen

(begrenzt auf 10)

Q. Guo, Y. Huang, Y. Gong, X. Zhuang, A. Richter, G. Yu. “Recover Carbon from Coal Gasification Fine Slag as Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction and Zn-Air Batteries”. In: Journal of Cleaner Production (2020), submitted.

S. Kriebitzsch, A. Richter. “LES simulation of char particle gasification at Reynolds numbers up to 1000”. In: Combustion and Flame 211 (2020), 185–194.

C. B. Nguyen, J. Scherer, S. Kriebitzsch, A. Richter. “The Morphology Evolution of Char Particles during Conversion Processes”. In: International Journal of Heat and Mass Transfer (2020), submitted.

C. B. Nguyen, J. Scherer, Q. Guo, S. Kriebitzsch, A. Richter. “The Shape Development of Spherical and Non-Spherical Char Particles in the Flame Zone of an Entrained-Flow Gasifier – A Numerical Study”. In: International Journal of Heat and Mass Transfer 149 (2020), 119220.

D. Obiso, M. Akashi, S. Kriebitzsch, B. Meyer, M. Reuter, S. Eckert, A. Richter. “CFD Modeling and Experimental Validation of Top-Submerged-Lance Gas Injection in Liquid Metal”. In: Metallurgical and Materials Transactions B (2020), in press.

D. Obiso, D. H. Schwitalla, I. Korobeinikov, B. Meyer, M. Reuter, A. Richter. “Dynamics of Rising Bubbles in a Quiescent Slag Bath with Varying Thermo-Physical Properties”. In: Metallurgical and Materials Transactions B (2020), in press.

Y. Ran, A. Boden, A. Richter, S. Guhl, S. Nolte, R. Ackermann. “Nonresonant signal assisted high pressure multi-species gas concentration measurements using ultrabroadband CARS”. In: OSA Continuum (2020), in press.

A. Bader, M. Hartwich, A. Richter, B. Meyer. “Numerical and experimental study of heavy oil gasification in an entrained-flow reactor and the impact of the burner concept”. In: Fuel Processing Technology 169 (2018), 58–70.

F. Dierich, A. Richter, P. Nikrityuk. “A fixed-grid model to track the interface and porosity of a chemically reacting moving char particle”. In: Chemical Engineering Science 175 (2018), 296–305.

P. Rößger, A. Richter. “Performance of different optimization concepts for reactive flow systems based on combined CFD and response surface methods”. In: Computers & Chemical Engineering 108 (2018), 232–239.