Mischung und Segregation auf Rostsystemen

In allen Verfahren, in denen Schüttgüter produziert oder in irgendeiner Form verarbeitet werden, ist die Mischung und Segregation des Granulates von enormer Bedeutung für den Ablauf und die Güte des Prozesses. Dennoch ist das Grundlagenwissen weniger fundiert als es für Fluide der Fall ist. Aus diesem Grund ist ein Schwerpunkt dieser Arbeit anhand einer Versuchseinrichtung unter eindeutig definierten Randbedingungen die Auswirkungen verschiedener Einflussgrößen auf die Mischung und Segregation in einer bewegten Schüttung zu untersuchen. Diese speziell für diesen Zweck konstruierte Versuchseinrichtung entspricht dabei einem generischen Rost, um neben generellen Erkenntnissen zur Mischung und Segregation in bewegten granularen Medien insbesondere Aussagen über das Verhalten von Schüttgütern auf solchen Systemen zu erhalten. Forciert wird der Themenbereich der Biomasse- und Müllverbrennung auf Rostsystemen einerseits durch das steigende Interesse an der Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung und andererseits durch das Verbot Hausmüll ohne Vorbehandlung zu deponieren. Weshalb ein weiteres Ziel dieser Arbeit darin besteht, die drei Hauptrosttypen der Biomasse- und Müllverbrennung (Vorschub-, Rückschub- und Walzenrost) numerisch abzubilden, um deren Transport- und Mischungsverhalten zu quantifizieren und sie miteinander zu vergleichen. Als Werkzeug dafür wird die numerische Simulation mit der Diskrete Elemente Methode (DEM) verwendet. Die DEM bietet für diesen Zweck ein großes Potenzial, da jedes einzelne Partikel mit seiner Interaktion mit benachbarten Partikeln und Wänden simuliert wird, wodurch im Gegensatz zu anderen numerischen Methoden die direkte Abbildung der Bewegung der gesamten Schüttung erfolgt. Vor den erwähnten Rostsimulationen werden zunächst die durchgeführten experimentellen Versuchsreihen simuliert, um zu überprüfen, ob der DEM Code in der Lage ist das Mischungsverhalten einer bewegten Schüttung wiederzugeben. Des Weiteren wird eine Erweiterung der DEM eingeführt, mit der eine bessere Beschreibung von Schüttgütern bestehend aus komplex geformten Teilchen möglich ist. Ein weiteres zusätzliches Modell bietet die Möglichkeit Schüttungen, in denen Haftkräfte zwischen den einzelnen Objekten auftreten, abzubilden. Beide Modelle werden detailliert vorgestellt und an dafür geeigneten Stellen überprüft und angewendet. Für experimentelle Untersuchungen ist es nötig die in der bewegten Schüttung ablaufenden Vorgänge messtechnisch zu erfassen, um anschließend mithilfe geeigneter Parameter die gemessenen Daten zu bewerten. Um für diese beiden Aspekte geeignete Methode auszuwählen bzw. aufZustellen wird eine ausführliche Zusammenstellung der bisher für diese Zwecke verwendeten Möglichkeiten durchgeführt. Die so ausgewählte Messmethode und eingeführten Mischungsparameter werden auf die Experimente und Simulationen angewandt und die Ergebnisse mit deren Bedeutung beschrieben.