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, Hochofenprozesse)
  • Modellbasierte Entwicklung und Auswertung von Hochtemperaturexperimenten
  • Berechnung chemisch reaktiver Partikel (Stoff- und Wärmeübergang, Pyrolyse, Vergasung, Formänderung)
  • Stoff- und Wärmeübergang in porösen Medien
  • Submodell-Entwicklung (bspw. Schlackefilm, Kohlenstoffkonversion und Porenwachstum)

Für unsere Arbeit nutzen wir folgende Simulationswerkzeuge:

  • ANSYS Chemkin-Pro
  • ANSYS Fluent
  • Cantera
  • hauseigener 1D-Strömungslöser für mehrphasige reaktive Systeme
  • hauseigener 3D-IBM-Strömungslöser für Strömungen in komplexen Strukturen
  • modeFrontier
  • STAR-CCM+
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)
  • Modellierung von Tauchlanzenprozessen (ZIK Virtuhcon)
  • Modellentwicklung für Schüttungen realer Einsatzstoffe (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)

ProVirttu-freiberg.de/virtuhcon/provirt

Team
Abteilung CFD

Abteilungsleiter:

PD Dr.-Ing. habil. Andreas Richter

Mitarbeiter (v.r.):

Dr. Sebastian Kriebitzsch
Dr.-Ing. Dmitry Safronov
Dr. Massoud Massoudi Farid
Mathias Hartwich, M.Sc.
Jan Bassen, M.Sc.
Nguyen Cong Bang, M.Ch.Eng.
Daniele Obiso, M.Sc.
Lukas Porter, M.Sc.
Yury Voloshchuk, M.Sc.

Philip Rößger, M.Sc.
Dipl.-Ing. Thomas Förster
Dipl.-Ing. Fengbo An
Dipl.-Ing. Johannes Scherer
Shreyas Rohit Srinivas, M.Sc.

Publikationen

Vollständige Publikationsliste (pdf)

Ausgewählte Zeitschriftenartikel

  • T. Förster, Y. Voloshchuk, A. Richter, B. Meyer. 3D numerical study of the performance of different burner concepts for the high-pressure non-catalytic natural gas reforming based on the Freiberg semi-industrial test facility HP POX. Fuel 203 (2017), 954–963.
  • 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. Fuel Processing Technology 169 (2018), 58–70.
  • D. Safronov, T. Förster, D. Schwitalla, P. Nikrityuk, S. Guhl, A. Richter, B. Meyer. Numerical study on entrained-flow gasification performance using combined slag model and experimental characterization of slag properties. Fuel Processing Technology 161 (2017), 62–75.
  • S. Schulze, A. Richter, M. Vascellari, A. Gupta, B. Meyer, P. A. Nikrityuk. Novel intrinsic-based submodel for char particle gasification in entrained-flow gasifiers: Model development, validation and illustration. Applied Energy 164 (2016), 805–814.
  • A. Laugwitz, P. Rößger, M. Schurz, A. Richter, B. Meyer. Towards a validated CFD setup for a range of fluidized beds. Powder Technology 318 (2017), 558–568.
  •  S. Schulze, P. Nikrityuk, F. Compart, A. Richter, B. Meyer. Particle-resolved numerical study of char conversion processes in packed beds. Fuel 207 (2017), 655–662.
  • P. Rößger, A. Richter. Performance of different optimization concepts for reactive flow systems based on combined CFD and response surface methods. Computers & Chemical Engineering 108 (2017), 232–239.
  • S. Schulze, P. Nikrityuk, Z. Abosteif, S. Guhl, A. Richter, B. Meyer. Heat and mass transfer within thermogravimetric analyser: From simulation to improved estimation of kinetic data for char gasification. Fuel 187 (2017), 338–348.
  • A. Richter, M. Vascellari, P. A. Nikrityuk, C. Hasse. Detailed analysis of reacting particles in an entrained-flow gasifier. Fuel Processing Technology 144 (2016), 95–108.
  • A. Richter, P. Seifert, F. Compart, P. Tischer, B. Meyer. A large-scale benchmark for the CFD modeling of non-catalytic reforming of natural gas based on the Freiberg test plant HP POX. Fuel 152 (2015), 110–121.