ISBN 978-3-8439-1203-7

978-3-8439-1203-7, Reihe Verfahrenstechnik

Paul Matulka
Partikelbewegung und Trennung in laminar durchströmten Rohren mit nachfolgender Strömungsaufweitung

184 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In viskosen partikelbeladenen Fluiden ist die Klassierung von Partikeln mit vernachlässigbarer oder fehlender Dichtedifferenz zum Fluid sehr schwierig. Eine klassierende Filtration ist aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen Partikel, Fluid und Sieb nur schwer durchführbar und eine Sedimentation ist wegen der Dichtegleichheit nicht anwendbar. Dies trifft z. B. auf Polymerschmelzen zu, aus denen Partikel ab einer bestimmten Größe entfernt werden müssen. Für solche Anwendungen ist ein verstopfungsunempfindliches Verfahren erforderlich, das die Partikel der Größe nach voneinander trennt.

In laminaren Rohrströmungen stellt sich nach einer gewissen Einlauflänge Entmischung ein. Dabei bewegen sich kleine Partikel zur Rohrwand hin, während sich große Partikel in der Nähe der Rohrachse positionieren. In einer Versuchsvorrichtung im Labormaßstab wird dieser Trenneffekt mit einer nachgeschalteten Strömungsaufweitung verstärkt. Dabei folgen die Partikel den Stromlinien, die sich nach Verlassen des Strömungsrohres in der Strömungsaufweitung ausbreiten. Zentrisch über dem Strömungsrohr ist ein Trennrohr angebracht, das die mittig transportierten Partikel mit einem bestimmten Anteil des Gesamtvolumenstroms absaugt und so eine Partikeltrennung der Größe nach bewirkt. Um das Strömungsrohr herum befindet sich ein weiteres Rohr, das einen bestimmten Anteil des Gesamtvolumenstroms als Klarlauf im Unterlauf abtrennt.

In der vorliegenden Arbeit konnte die Partikeltrennung experimentell und mit Hilfe von CFD-Simulationen für unterschiedliche Partikelgrößen mit verschiedenen Größenverteilungen untersucht werden. Dabei wird der Einfluss der Betriebsparameter auf die Trennung in der Strömungsaufweitung betrachtet. Durch eine Optimierung der Geometrie wird der Trenneffekt verbessert und der Durchsatz gesteigert.

Die Positionierung der Partikel auf ihrem Gleichgewichtsradius in einer laminaren Rohrströmung erfordert eine gewisse Lauflänge der Partikel im Rohr und hängt von verschiedenen Einflussgrößen ab. Diese Einflussgrößen werden in der vorliegenden Arbeit näher betrachtet und die Ergebnisse auf den Betrieb der Trennapparatur übertragen.