Lattice-Boltzmann-Simulationen der reagierenden Gasströmung in ruhenden und bewegten Schüttungen kleiner Abmessungen mit Partikeln komplexer Form

Das Projekt führt zeit- und ortsaufgelöste LB-Simulationen der reagierenden Gasströmung in statischen und bewegten Partikelschüttungen durch. Es wird ein gemeinsamer LB-Solver für direkte numerische Simulation entwickelt. Aufgrund des großen numerischen Aufwands werden Schüttungen mit wenigen Partikeln simuliert. Angefangen wird mit nicht-reaktiven Simulationen in statischen Schüttungen sphärischer, monodisperser Partikel, gefolgt von polydispersen sphärischen Partikeln, einer vorgegebenen, langsamen Partikelbewegung, vereinfachten Gasphasenreaktionen, Schüttungen von Partikeln mit nicht-regelmäßiger Geometrie und als letzter Schritt mit vollständigen Reaktionsmechanismen für die Gasphase. Über Parametervariation werden die wesentlichen Kontrollprozesse ermittelt und umfangreiche Referenzdaten generiert. Auf Basis der reagierenden LB-Simulationen werden reduzierte Reaktormodelle in Form von Tabellen für die Hohlraumbereiche zwischen Partikeln für großskalige DEM/CFD-Simulationen zur Verfügung gestellt.

Lattice Boltzmann simulations of reacting flows in small-scale static and moving beds of particles with complex shapes

he central objective of this project is to improve our basic understanding of physicochemical pro- cesses occurring at the micro-scale in particle beds including chemical reactions involving a gas phase. The gain in insight into this problem will provide fundamental guidance in the development of reduced models, suitable for simulations of the large-scale process. The shape and arrangement of particles in the bed control the resulting flow and, thereby, the final outcome of the chemical re- actions. Boundary effects and dispersion processes are important concerning pressure drop as well as species and heat transport. All relevant aspects will be taken into account during this project for typical beds of small dimensions: complex, non-spherical particle shapes; particle movement; un- steady flow - from the laminar to the low-turbulence regime; detailed kinetics and species transport. For this purpose, a Lattice Boltzmann simulation model (LBM) will be developed and applied as a tool for Direct Numerical Simulation (DNS) of reacting flows in complex geometries.