Experimentelle und numerische Untersuchung von Strömungswiderstand, Abscheide- und Abreinigungsverhalten metallischer Filtermedien

Die Filtration als mechanisches Trennverfahren ist ein wichtiger verfahrenstechnischer Prozess zur Abscheidung von Partikeln aus Flüssigkeiten oder Gasen. Filtermedien sind in der Regel aus Fasern oder körnigen Schüttungen aufgebaut, in oder auf deren Struktur die Partikel abgeschieden werden. Anspruchsvolle Filtrationsaufgaben in der Industrie erfordern eine hohe Abscheideeffizienz bei gleichzeitig hoher chemischer, thermischer oder mechanischer Beständigkeit des Filtermediums. Gängige Filtermaterialien wie Cellulose, Kunststoff oder Glas gelangen hierbei an ihre Grenzen. Alternativen bieten keramische Filtermedien oder Filtermedien aus Metall. Neben gesinterten Schüttungen aus Metallpulver werden seit über 100 Jahren Gewebe aus feinen Metalldrähten gefertigt. Über besondere Drahtziehverfahren lassen sich sehr dünne Metallfasern herstellen, die zu Metallfaservliesen verarbeitet werden können. Zwar verhalten sich insbesondere die Vliesmedien zu Beginn der Beladung bezüglich der Abscheidemechanismen wie Tiefenfiltermedien, jedoch können die in dieser Arbeit betrachteten Gewebe und Vliese aufgrund ihrer niedrigen Porositäten von unter 0,84 den Oberflächenfiltern zugeordnet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, erstmalig für solche Metalldrahtgewebe und Metallfaservliese eine umfassende und vergleichende wissenschaftliche Untersuchung hinsichtlich des Strömungswiderstands, des Abscheide- und Abreinigungsverhaltens durchzuführen. Zur Optimierung der Filtrationseigenschaften werden Kombinationen aus verschiedenen Geweben und Vliesen experimentell analysiert. Neben den experimentellen Untersuchungen wird mit Hilfe numerischer Simulationen die Möglichkeit analysiert, die Filtrationseigenschaften von Metallfiltermedien vorherzusagen und zu optimieren. Dank der ständig wachsenden Rechnerkapazitäten ist die detaillierte Simulation der Strömung und der Partikelabscheidung in Filtermedien auf der Mikroebene möglich.