Grobstruktursimulation der Biomassevergasung in einer Wirbelschicht am Beispiel von Holz

Die thermochemische Umsetzung von Holz in Wirbelschichten ist ein komplexes Beispiel einer mehrphasigen reaktiven Strömung, welche in dieser Arbeit auf Basis eines zweidimensionalen Euler-Lagrange-Modelles untersucht wird. Gegenüber anderen Modellen bietet diese Methode den Vorteil das Geschehen innerhalb eines Wirbelschichtreaktors sowohl auf Basis der Gasphase als auch auf Basis einzelner Partikel zu untersuchen und damit Rückschlüsse auf die komplizierten Wechselwirkungen aus chemischen und fluiddynamischen Vorgängen zu ziehen. Die Modellierung der Gasphase berücksichtigt die Bilanzen der Dichte, der Partialdichten, des Impulses und der Gesamtenthalpie. Die turbulenten Anteile der Strömung werden mit Hilfe eines Grobstrukturansatzes modelliert. Ein einfacher Reaktionsmechanismus für die homogenen Reaktionen in der Gasphase beschreibt die wesentlichen Stoffumwandlungen im Reaktor. Die Dynamik der Partikelbewegung wurde durch die Berücksichtigung der Widerstandskraft, der Auftriebs- und Gewichtskraft sowie eines linearen Diskreten Elemente Modelles modelliert. Weiterhin werden die lokalen Volumenfraktionen der Partikel und damit der Phasen auf Basis eines volumengleichen Quaders berechnet, was eine Beschreibung dichter Partikelströmungen erlaubt. Innerhalb des homogenen Abbrandmodelles eines einzelnen Partikels werden Vorgänge wie die Aufheizung, die Trocknung, die primäre Pyrolyse und die Vergasung berücksichtigt. Die Ergebnisse sind in Form einer Parameterstudie mit Variationen u.a. der thermischen Randbedingungen, der Einlassgeschwindigkeit und der Einlasstemperatur der Luft sowie des Brennstoffmassenstromes dokumentiert. Die verschiedenen Szenarien werden mit Hilfe der Konzentrationen und der Temperatur innerhalb der Gasphase am Reaktorauslass verglichen. Zusätzlich werden die Ergebnisse verglichen mit experimentellen Daten und Daten aus einem Multi-Fluid-Modell sowie die Historien ausgewählter Partikel untersucht.

Author dc:creator

• Gerber, Stephan

Advisor dc:contributor.advisor

• Behrendt, Frank

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-34941
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3181

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3478