Numerische Simulation der Transportprozesse in Reaktoren mit katalytisch beschichteten Membranen (Forschergruppe)

Aufbauend auf den in der ersten Periode durchgeführten Untersuchungen zu Teilproblemen steht in der Verlängerung ein heterogenes Gesamtmodell des Reaktors im Mittelpunkt. Dieses beschreibt unter Einbeziehung der Ergebnisse von TP2 und TP3 detailliert die Reaktion und die Transportprozesse in der Membran und den angrenzenden fluiden Phasen, wobei die Kopplung mit den Geschwindigkeitsfeldern und die instationäre Formulierung wesentliche Merkmale der Modellierung sind. Die im Forschungsbericht angegebenen Referenzberechnungen haben deutlich gemacht, dass angepasste Gitter für die Steigerung der Recheneffizienz gerade für die geplanten 3D-Anwendungen benötigt werden. Es sollen daher adaptive Finite-Elemente-Methoden für die nichtlinearen Probleme zum Einsatz kommen. Die durch robuste Fehlerschätzer gestützten und numerisch abgesicherten Lösungen mit MooNMD sollen im Vergleich von Detailuntersuchungen eine Bewertung der mit den kommerziellen Programmpaketen erzielbaren Genauigkeit ermöglichen. Mit FLUENT werden Simulationsrechnungen für CMR durchgeführt, die die wechselseitige Kopplung der Transportprozesse in allen Bereichen des Reaktors berücksichtigen. Nur in dieser Weise sind realistische Erkenntnisse erzielbar, wie die Resultate der 1. Förderperiode zeigen. Im Ergebnis sollen wesentliche Aussagen zur Membrankonfiguration in Verbindung mit der Wahl der Permeationsströme sowie zum effektiven Betrieb von CMR hinsichtlich Ausbeute und Selektivität gewonnen werden. Die Bestimmung effektiver Betriebsparameter wird durch die Implementierung geeigneter Optimierungsmethoden in MooNMD unterstützt. Die Simulationen für aufgeprägte Druckoszillationen im Sauerstoffkanal dienen der Abschätzung einer möglichen Prozessintensivierung. Gemeinsam mit den TP3, 6 und 8 werden Referenzfälle untersucht, wodurch der Transfer von Erfahrungen gesichert wird und ein hoher Synergieeffekt erzielt werden kann.