MARTIN-LUTHER-UNIVERSITÄT HALLE-WITTENBERG                          

Zentrum für Ingenieurwissenschaften

Professur Mechanische Verfahrenstechnik
Prof. Dr.-Ing. habil. Sommerfeld


 

 

 

 


Merseburg, 28.08.2008

 

Studienarbeit/Diplomarbeit

 

Entwicklung einer Korrelation für den Rotationsauftrieb von Partikeln

Bei partikelbeladenen Gasströmungen durch Rohrleitungen oder in Fliehkraftabscheidern können durch Wandkollisionen teilweise erhebliche Rotationsgeschwindigkeiten der Partikel auftreten. Dies hat zur Folge, dass auch eine transversale Auftriebskraft (Magnuseffekt) auf die Partikel wirkt, welche die Partikelbewegung beeinflusst. Für die Berechnung der Partikelbewegung werden daher Koeffizienten für den Magnuseffekt (Auftriebsbeiwert) benötigt. Die aus der Literatur bekannten Korrelationen sind allerdings für bestimmte Grenzfälle nicht korrekt. Daher soll im Rahmen der Arbeit eine neue bzw. erweiterte Korrelation für den Rotationsbeiwert ermittelt werden. Dies soll durch direkte numerische Simulation für eine rotierende Kugel mit Hilfe der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) realisiert werden. Das erforderliche Berechnungsprogramm ist vorhanden und muss nicht geändert werden.

Der Gegenstand der Arbeit ist im Folgenden zusammengefasst:
•  Literaturstudium über verfügbare Rotationswerte
•  Durchführung von Parameterstudien mit der LBM und Bestimmung der Beiwerte für verschiedene Randbedingungen (z.B. Partikel-Reynoldszahl)
•  Entwicklung einer geeigneten Korrelation für den Rotationsbeiwert und Vergleich mit den Simulationen und aus der Literatur verfügbaren Experimenten
•  Publikation der Arbeit

Betreuung:
Dipl.-Ing. M. Dietzel Standort Merseburg, Raum 132/E6, Tel. 03461/462804
Prof. Dr. M. Sommerfeld Standort Merseburg, Raum 132/E3, Tel. 03461/462879

 

************************

 

Merseburg, den 21.07.2008

Diplomarbeit

Stochastische Simulation dreidimensionaler Turbulenz mit dem Lattice-Boltzmann Verfahren

Für die direkte numerische Simulation turbulenter Zweiphasenströmungen wurde am Lehrstuhl das dreidimensionale Lattice-Boltzmann Programm „LBsim3D“ entwickelt. Die Lattice-Boltzmann Methode stellt ein alternatives Verfahren zur Beschreibung Newton'scher Fluide dar. Während herkömmliche Modelle die auf der makroskopischen Ebene formulierten Erhaltungssätze lösen, beschreibt die Boltzmann-Gleichung das Verhalten von Fluiden auf mesoskopischer Ebene.

Das Ziel dieser Diplomarbeit besteht in der Erweiterung der Lattice-Boltzmann Methode für turbulente Strömungen. Zur stochastischen Simulation turbulenter Strömungen sind Spektral-verfahren ein weit verbreitetes und oft benutztes numerisches Hilfsmittel. Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll eine homogene isotrope Turbulenz unter Anwendung der Spektralmethode nach Alvelius (1999) künstlich erzeugt werden. Dabei wird eine Volumenkraft im Spektralraum bei kleinen Wellenzahlen generiert und als Schwankungsgeschwindigkeit in die Strömung eingeführt. Diese Methode erzeugt Turbulenzstrukturen in großen Längenmaßen, aus der sich Bewegungen in kleinen Längenmaßen entwickeln und anschließend dissipieren.

Im Einzelnen beinhaltet die Diplomarbeit folgende Arbeitspakete:

Beginn: sofort

Interessenten melden sich bei:

     Dipl.-Ing. (FH) M. Ernst oder: Prof. Dr.-Ing. M. Sommerfeld
     Merseburg, Campus Geusaer Straße Merseburg, Campus Geusaer Straße
     Gebäude 132, Raum E 6 Gebäude 132, Raum E 3
     Tel.: 03461-46-2804 Tel.: 03461-46-2879

 

************************

Merseburg, den 21.07.2008

Diplomarbeit/ Studienarbeit

Analyse und Implementierung eines Multiple-Relaxation-Time Lattice-Boltzmann Modells

Für die direkte numerische Simulation von Zweiphasenströmungen wurde am Lehrstuhl das dreidimensionale Lattice-Boltzmann Programm „LBsim3D“ entwickelt. Die Lattice-Boltzmann Methode stellt ein alternatives Verfahren zur Beschreibung Newton'scher Fluide dar. Während herkömmliche Modelle die auf der makroskopischen Ebene formulierten Erhaltungssätze lösen, beschreibt die Boltzmann-Gleichung das Verhalten von Fluiden auf mesoskopischer Ebene.

Die ausgeschriebene Diplomarbeit/ Studienarbeit hat die Erweiterung der Lattice-Boltzmann Methode für einen größeren Bereich erfassbarer Strömungsphänomene zum Ziel. Die grundlegende Größe der Boltzmann-Statistik ist die Verteilungsfunktion. Sie gibt die Wahrscheinlichkeit an, ein Fluidteilchen an einem Ort mit einer Geschwindigkeit zu einer bestimmten Zeit anzutreffen. Die zeitliche Entwicklung der Verteilungsfunktion wird durch die Boltzmann-Gleichung beschrieben. Anstelle des Kollisionsintegrals der Boltzmann-Gleichung wurde im Simulationsprogramm das so genannte Bhatnagar-Gross-Krook Modell (BGK) implementiert. Dieses wird allerdings bei zu großen Reynoldszahlen instabil. Das Multiple-Relaxation-Time Modell (MRT) stellt eine Erweiterung des BGK-Modells dar. Dabei werden die Momente der Verteilungsfunktion unter Verwendung von Relaxationsparametern individuell relaxiert. Neben numerischer Stabilität soll das MRT-Modell mehr Kontrolle über die physikalischen Modellparameter liefern.

Im Einzelnen beinhaltet die Diplomarbeit/ Studienarbeit folgende Arbeitspakete:

Beginn: sofort

Interessenten melden sich bei:

     Dipl.-Ing. (FH) M. Ernst oder: Prof. Dr.-Ing. M. Sommerfeld
     Merseburg, Campus Geusaer Straße Merseburg, Campus Geusaer Straße
     Gebäude 132, Raum E 6 Gebäude 132, Raum E 3
     Tel.: 03461-46-2804 Tel.: 03461-46-2879

 

************************


Merseburg, 09.06.2008

Studienarbeit

Analyse von Wirbelstrukturen bei der turbulenten Vermischung mit Hilfe eines neuartigen bildgebenden Messsystems

Im Rahmen eines DFG-Projekts sollen die für die Vermischung von Flüssigkeiten relevanten Wirbelstrukturen identifiziert und analysiert werden.
Dazu wird mit Hilfe eines neu entwickelten bildgebenden Messverfahrens auf der Basis der Particle-Image-Velocimetry (PIV) und der Laser-induzierten Fluoreszenz (LIF) ein grundlegender Misch­prozess (zentrischer Strahlmischer) bei turbulenten Strömungsbedingungen untersucht.
Mit diesem Verfahren können Geschwindigkeits- und Konzentrationsfelder simultan in mehreren Messebenen mit jeweils einer Kamera pro Ebene
erfasst und anschließend korreliert werden (Abbildung 1).

Aufgaben:     - Literaturrecherche zu experimentellen und numerischen Vergleichsdaten
                     - Durchführung von PIV/LIF-Experimenten am vorhandenen Versuchsaufbau bei verschiedenen Randbedingungen
                     - Auswertung der Messdaten
                    - evtl. Anpassungsarbeiten am Messaufbau

Voraussetzungen:       - Spaß an experimenteller, wissenschaftlicher Arbeit
                                    - Grundkenntnisse in Strömungsmechanik

Beginn der Arbeit:      ab Juli 2008 möglich


Interessenten melden sich bitte bei:

     Dipl.-Ing. Andreas Müller
     Merseburg, Campus Geusaer Straße
     Gebäude 132, Zimmer E 9
     Tel.: (03461) 46 2884
     E-Mail: andreas.mueller@iw.uni-halle.de

 

************************

Merseburg, 30.05.2008

Diplomarbeit

"Simulation und experimentelle Untersuchung des Wandkollisionsvorganges von nichtsphärischen Partikeln"

Bisher basiert die Modellierung und Berechnung partikelbeladener Strömungen vielfach auf der Annahme, dass sphärische Partikel vorliegen. In den meisten verfahrenstechnischen Prozessen hingegen hat man es mit nichtsphärischen Partikeln zu tun.

Besonders bei durch Wandungen berandeten Mehrphasenströmungen spielt die Wandkollision der Partikel eine große Rolle. Erste Voruntersuchungen haben gezeigt, dass zur Modellierung der Wandkollision von Partikeln die Form der Partikel eine entscheidende Rolle spielt. Zur Entwicklung derartiger Modelle für die Berechnung zweiphasiger Strömungen sollen daher sowohl kinetische Simulationen der Partikelbewegung als auch experimentelle Untersuchungen im Rahmen der Diplomarbeit durchgeführt werden. Diese Arbeiten müssen alle relevanten Wandkollisionsparameter für nichtsphärische Partikel liefern. Dazu gehören sowohl die Orientierung der Partikel beim Aufprall als auch die Stoßzahl und der Wandreibungskoeffizient. Mit Hilfe der kinetischen Simulationen sollen statistische Größen für die Orientierung der Partikel beim Aufprall ermittelt und deren Abhängigkeit von der Partikelform herausgearbeitet werden. Die experimentellen Arbeiten sollen an einem vorhandenen Flachkanal durchgeführt werden, wobei optische Visualisierungsverfahren Einsatz finden. Die mit Hilfe vorhandener Software ausgewerteten Bilder sollen Informationen über die Änderung der Partikelgeschwindigkeit beim Wandstoß liefern. Daraus sollen dann schließlich die Größen, wie Stoßzahl und Wandreibungskoeffizient abgeleitet werden.

Im Einzelnen beinhaltet daher die Diplomarbeit folgende Teilaspekte:

•  detailliertes Literaturstudium zur Wandkollision von nichtsphärischen Partikeln
•  kinetische Simulationen des Aufpralls von nichtsphärischen Partikeln auf ebene Wände und Erweiterung des Berechnungsprogramms
   auf dreidimensionale Geometrien
•  Durchführung und Auswertung von Experimenten zum Wandstoßvorgang von nichtsphärischen Partikeln in einem horizontalen Flachkanal
•  Entwicklung eines Wandstoßmodells für nichtsphärische Partikel unter Berücksichtigung der numerischen als auch experimentellen Befunde
    und der Verwendung der dort erhaltenen Wandstoßparameter.

möglicher Beginn: sofort

Interessenten melden sich bitte bei:    Prof. Dr. M. Sommerfeld Standort Merseburg, Raum 132/E3, Tel. 03461/462879