Digital Tool: Ablagerung von Partikeln auf der Mikroskala

Hintergrund:

Für die Analyse von Filtern auf der Bauteilskala ist die Widerstandscharakteristik, d.h. die Druckzunahme bei der Beladung des Filters, eine wichtige Inputgröße. Diese kann nur durch eine Detailanalyse auf der Mikroskala ermittelt werden.

Zielgrößen:

Bestimmung des Widerstands bzw. der Druck-Volumenstrom-Kennlinie bei der Beladung einer Filterstruktur mit polydispersen Partikeln.

Herausforderungen:

Komplexer Workflow mit Strömungs- und Partikelsimulation auf verschiedenen Gittern (Chimera-Ansatz) und Topologieänderung durch abgelagerte Partikel (Gitteranpassung). Die gesamte Simulation ist daher nur in einem automatisierten Prozess effizient durchführbar.

 

Lösungsansatz:

• Erstellung eines automatisierten Prozesses mit initialer Strömungsberechnung, Partikeltransport, Ablagerung, Gitteranpassung, erneuter stationärer Strömungssimulation und anschließendem Partikeltransport bis die zu betrachtende Gesamtmasse an Partikeln eingebracht ist.
• Validierung des Modells: Vergleich der resultierenden Druck-Fluss-Kennlinie mit einer monodispersen Schüttung (Carman-Kozeny-Gleichung)
• Automatisierung des Prozesses mit reiner OpenFOAM-Funktionalität mit snappyHexMesh als Vernetzer und stl-Input für die Abscheideelemente
• Automatisierung der Extraktion der Ergebnisse aus der Simulation
• Integration des Modells in die Cloud

Modellvalidierung: Berechnung des Druckverlusts an der monodispersen Schüttung mit verschiedenen Methoden