Adaptive Porennetzwerkmodellierung und Experimente zu thermochemischen Prozessen in einzelnen porösen Partikeln

Eine entscheidende Komponente bei der Entwicklung von DEM/CFD-Rechenwerkzeugen zur Beschreibung des thermochemischen Verhaltens von Schüttgütern sind die Einzelpartikelmodelle für DEM. Nur mit genauen Einzelpartikelmodellen lassen sich Partikelumwandlungen und/oder Partikelproduktqualitäten am Ausgang industrieller Reaktoren zuverlässig vorhersagen. Die Komplexität der Beschreibung liegt in der Tatsache begründet, dass auf der Partikelebene Chemie und Transport auf ähnlichen Zeitskalen miteinander konkurrieren.

Das Projekt B4 treibt die Weiterentwicklung der Modellierung reaktiver Prozesse auf Partikelebene voran, wobei der Schwerpunkt auf der Pyrolyse von Biomasse und der Umwandlung von Holzkohle als reaktive Modellsysteme im 2. Die Biomasseumwandlung wurde ausgewählt, da sie als hochkomplexes Modellsystem für DEM-Einzelpartikelmodelle dienen kann, die heterogene Reaktionen, Veränderungen der Partikelform und Porenstruktur sowie anisotrope Intrapartikeltransporteigenschaften umfassen. Als methodischer Ansatz zur Entwicklung anspruchsvoller Einzelpartikelmodelle wird ein neuartiger, einzigartiger simulativ-experimenteller Rahmen abgeleitet. Dieser Rahmen stützt sich auf drei Säulen: die Entwicklung adaptiver Porennetzwerkmodelle (PNM), die Parametrisierung von Kontinuumsmodellen (CM) auf der Grundlage effektiver Transport-, chemischer und morphologischer Eigenschaften, die aus den hochaufgelösten PNM-Simulationen abgeleitet werden, und die Bereitstellung von Messdaten, die die Überbrückung von Skalen von PNM zu CM erleichtern.

Adaptive pore network modelling and experiments of thermochemical processes in single porous particles

A crucial component in the development of DEM/CFD computational tools to describe the thermochemical behaviour of bulk solids are the single particle models for DEM. Only with accurate single particle models, particle conversion and/or particle product qualities can be reliably predicted at the outlet of industrial reactors. The complexity in the description lies in the fact that at particle scale chemistry and transport compete at similar time scales.

Project B4 is driving the advancement in the modelling of reactive processes at particle level, with a primary focus on biomass pyrolysis and char conversion as model reactive systems in FP2. Biomass conversion has been selected as it can serve as a highly complex model system for DEM single particle models including heterogeneous reactions, change of particle shape and pore structure, as well as anisotropic intra-particle transport properties. As methodological approach to develop sophisticated single particle models, a novel, one-of-a-kind simulative-experimental framework will be derived. This framework will be sustained on three pillars: the development of adaptive pore network models (PNM), the parametrisation of continuum models (CM) based on effective transport, chemical, and morphological properties derived from the highly resolved PNM simulations, and the provision of measurement data that facilitate the bridging of scales from PNM to CM.