Strömungssimulation

Strömungssimulationen (CFD – Computational Fluid Dynamics) werden am OWI in der Regel begleitend bei der Entwicklung von Brennern, Reaktoren, Grundlagenprüfständen und Verdampfern durchgeführt. Ein besonderer Anwendungsbereich liegt auf der Analyse der strömungstechnischen und thermodynamischen Vorgänge bei der Synthesegasherstellung in Mikrostrukturen. Im Rahmen des mit öffentlichen Mitteln geförderten Projektes MÖWE I – III wurden numerische Strömungssimulationen eines Heizöl-Dampfreformers durchgeführt. Der Reaktor basiert auf einem katalytisch beschichteten Mikrowärmetauscher, in welchem die Dampfreformierung durch eine parallel geführte katalytische Verbrennung beheizt wird. Ziel der CFD-Berechnungen ist die Optimierung des Brennstoffumsatzes sowie die Homogenisierung der Bauteiltemperaturen.

Heizöl-Dampfreformer MÖWE Projekt: Temperaturverteilung in der Reaktorplatte und der Konzentrationsverteilung des Brennstoffs im Reformer. Foto: OWI

Eine Kernkompetenz des OWI ist die Entwicklung von Vormischtechnologien für flüssige Brennstoffe. Speziell die Verdunstung von Diesel- und Heizöltropfen in Luft ist Bestandteil von Untersuchungen, welche durch Strömungssimulationen unterstützt werden. Standardmäßig in kommerziellen CFD-Codes implementierte Verdampfungsmodelle enthalten verschiedene Vereinfachungen. Das thermodynamische Verhalten von Mehrkomponentenbrennstoffen wie Heizöl lässt sich nicht mit ausreichender Genauigkeit reproduzieren. Am OWI wurde ein Tropfenverdunstungsmodell basierend auf dem Konzept der kontinuierlichen Thermodynamik entwickelt und in die Strömungssimulationssoftware implementiert. Das Modell wurde mit Hilfe von experimentellen Daten zur Einzeltropfen- und Sprayverdunstung von Heizöl validiert. Das Modell findet insbesondere bei der Optimierung der Gemischbildung von Brennern Verwendung.

Validierung Heizöltropfenverdunstung und Berechnung eines Blaubrenners (Tropfenbahnen). Foto: OWI