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Simulation von Biomasseverbrennung mit Diskrete-Elemente-Methode

Ahmedou, Cheikh Tijani Ould Chrif (2011):
Simulation von Biomasseverbrennung mit Diskrete-Elemente-Methode.
Technische Universitaet Darmstadt, Department of Computer Science & Department of Mechanical Engineering, [Master Thesis]

Abstract

Die Verwendung von Biomasse als CO2-neutraler, erneuerbarer Energieträger gewinnt aufgrund der endlichen Reichweite der Ressourcen an fossilen Brennstoffen, deren Importabhängigkeit und deren Auswirkungen auf die globale Erwärmung zunehmend an Bedeutung. Die thermochemische Umwandlung von Biomasse in Wirbelschichten ermöglicht eine effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Lösung zur weltweiten Energiebereitstellung. Für das Verständnis der komplexen Vorgänge in reaktiven Wirbelschichten und die Auslegung von Wirbelschichtreaktoren bietet die numerische Simulation eine leistungsstarke Ergänzung zu kostenintensiven Experimenten. Aufgrund der sehr hohen Partikel-Partikel bzw. Partikel-Wand-Interaktion in der dichten Mehrphasenströmung ist die numerische Simulation von Wirbelschichten mit Hilfe des Euler-Euler- oder des stochastischen Euler-Lagrange-Ansatzes mit erheblichen Einschränkungen verbunden, so dass in dieser Studie die Betrachtung sämtlicher Partikel mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zum Einsatz kommt. Im Rahmen dieses Projekts soll ein bestehendes DEM-Programmpaket verbessert und um Reaktions- und Wärmeübertragungsmodelle erweitert werden. Diese Entwicklungen werden anhand von eigens durchgeführten Experimenten an einer kalten Wirbelschicht-Versuchsanlage bzw. experimentellen Daten aus der Literatur validiert. Das DEM-Programmpaket vereinigt dann die klassische numerische Strömungsmechanik (CFD) zur Berechnung der Gasphase, die Diskrete-Elemente-Methode zur Beschreibung der Feststoffphase und kinetische Reaktionsmodelle für die Biomasseumwandlung. Aufgrund des hohen Rechenzeitbedarfs wird besonderer Wert auf eine effiziente Programmgestaltung (z.B. Parallelisierung) gelegt.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2011
Creators: Ahmedou, Cheikh Tijani Ould Chrif
Title: Simulation von Biomasseverbrennung mit Diskrete-Elemente-Methode
Language: German
Abstract:

Die Verwendung von Biomasse als CO2-neutraler, erneuerbarer Energieträger gewinnt aufgrund der endlichen Reichweite der Ressourcen an fossilen Brennstoffen, deren Importabhängigkeit und deren Auswirkungen auf die globale Erwärmung zunehmend an Bedeutung. Die thermochemische Umwandlung von Biomasse in Wirbelschichten ermöglicht eine effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Lösung zur weltweiten Energiebereitstellung. Für das Verständnis der komplexen Vorgänge in reaktiven Wirbelschichten und die Auslegung von Wirbelschichtreaktoren bietet die numerische Simulation eine leistungsstarke Ergänzung zu kostenintensiven Experimenten. Aufgrund der sehr hohen Partikel-Partikel bzw. Partikel-Wand-Interaktion in der dichten Mehrphasenströmung ist die numerische Simulation von Wirbelschichten mit Hilfe des Euler-Euler- oder des stochastischen Euler-Lagrange-Ansatzes mit erheblichen Einschränkungen verbunden, so dass in dieser Studie die Betrachtung sämtlicher Partikel mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zum Einsatz kommt. Im Rahmen dieses Projekts soll ein bestehendes DEM-Programmpaket verbessert und um Reaktions- und Wärmeübertragungsmodelle erweitert werden. Diese Entwicklungen werden anhand von eigens durchgeführten Experimenten an einer kalten Wirbelschicht-Versuchsanlage bzw. experimentellen Daten aus der Literatur validiert. Das DEM-Programmpaket vereinigt dann die klassische numerische Strömungsmechanik (CFD) zur Berechnung der Gasphase, die Diskrete-Elemente-Methode zur Beschreibung der Feststoffphase und kinetische Reaktionsmodelle für die Biomasseumwandlung. Aufgrund des hohen Rechenzeitbedarfs wird besonderer Wert auf eine effiziente Programmgestaltung (z.B. Parallelisierung) gelegt.

Place of Publication: Technische Universitaet Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institut für Energiesysteme und Energietechnik (EST)
20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Simulation, Systems Optimization and Robotics Group
Date Deposited: 09 Jul 2019 05:42
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