Rührsysteme lassen sich mit der numerischen Strömungssimulation (CFD) optimieren

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EKATO Rühr- und Mischtechnik GmbH

Um die Auswirkungen zu untersuchen, die unterschiedliche Ausführungen der Einbauten auf den Druckverlust haben, wurde ein Scale-down eines gewöhnlichen Leitrohrapparates durchgeführt und als Versuchsmodell im Technikum aufgebaut. Dieselbe Geometrie wurde mit 1,2 Millionen Zellen unstrukturiert als Vollmodell vernetzt und einphasig, isotherm und stationär berechnet. Nach Abgleich der Ausgangsvariante mit experimentell ermittelten Daten wurde die Strömung im Leitrohrapparat mithilfe von Geschwindigkeitsverteilungen, Vektorplots, Stromlinien und Änderungen im Totaldruckverlauf analysiert. So ließen sich verlustreiche Zonen in der Strömung lokalisieren und mit eindimensionalen Berechnungen das Verbesserungspotenzial abschätzen. Die erfolgversprechendsten geometrischen Änderungen wurden dann schrittweise in das Geometriemodell der CFD-Berechnung übernommen und deren Auswirkung auf die Strömung bzw. den Druckverlust überprüft. Umfangreiche Messreihen bestätigten, dass der Druckverlust deutlich gesenkt und die Effizienz um 20 Prozent gesteigert werden konnte.

Werkzeug für Spezialisten

CFD etabliert sich als äußerst effektives Werkzeug zur Analyse und Optimierung von Rührprozessen, das die Messung ergänzt. Beim Betrieb von Anlagen auftretende, strömungsbedingte Fragestellungen lassen sich mit Hilfe von CFD-Berechnungen erklären und belegen, sodass sich eine effiziente und schnelle Lösung finden lässt. Bei der Neuentwicklung von Rührorganen oder Anlagen kann CFD die Anzahl der durchzuführenden Versuche deutlich reduzieren und somit die Entwicklungszeit verkürzen. Die vielfältigen Möglichkeiten bei der Auswertung der CFD-Ergebnisse bieten dem Entwickler zahlreiche Ansatzpunkte für eine weitere Optimierung. Dennoch ist CFD kein Allheilmittel. Durch die Vielfältigkeit und Komplexität von Rührprozesse sind der industriellen Anwendung nach wie vor Grenzen gesetzt, besonders, wenn es um die Umsetzung chemischer Prozesse oder die Betrachtung mehrphasiger Prozesse, beispielsweise mit Begasung, geht. Ferner hängt die Qualität des CFD-Ergebnisses stark von der Umsetzung des zu betrachtenden Problems ab, sodass CFD auch weiterhin ein Werkzeug für Spezialisten bleibt.

Fazit: Um es mit den Worten von Versteeg und Malalasekera^[1] auf den Punkt zu brin-gen: Mittels CFD erzeugte Ergebnisse sind bestenfalls so gut wie die dem Programm zugrunde liegende Physik und Chemie und schlechtestenfalls so gut wie ihr Anwender.

Literaturverzeichnis

[1] H.K. Versteeg und W. Malalasekera, An introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman (1995)

* Die Autorin ist Projektleiterin Fluid-Dynamik CFD bei Ekato Rühr- und Mischtechnik GmbH, Schopfheim.

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