Modeling and numerical simulation of fouling on heat transfer surfaces

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Matthias Bohnet
• Subject Area: Chemical and Thermal Process Engineering
• Term: from 1999 to 2002
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5189316

Die unterschiedlichen Foulingmechanismen, die in der industriellen Praxis fast immer in Kombination auftreten, entziehen sich bisher einer analytischen Berechnung. Für das Kristallisationsfouling gibt es am Institut für Verfahrens- und Kerntechnik entwickelte Modellansätze. Diese sollen mit Hilfe eines geeigneten Strömungssimulationsprogramms in eine numerische Simulation eingebunden werden. Hierzu erfolgt zunächst die Beschreibung der Strömung und des Wärmeübergangs an einer einfachen Geometrie, einer parallel angeströmten Platte. Darauf aufbauend wird der Stoffübergang mit Phasenwechsel flüssig/fest beim kontinuierlichen Kristallwachstum aus der Lösung berücksichtigt. Diesem Ablagerungsvorgang wird dann der Abtrag aufgrund der auf die Kristalle wirkenden Strömungskräfte überlagert. Die Simulation des Foulingvorgangs ermöglicht eine Variation der Betriebsparameter, wie z.B. Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur und Konzentration und wird mit experimentell gewonnenen Erkenntnissen verifiziert. In einem weiteren Schritt werden die Geometrie und Oberflächeneigenschaften der wärmeübertragenden Flächen verändert. Strukturierte Oberflächen, wie sie in Plattenwärmeübertragern eingesetzt werden, beeinflussen aufgrund der veränderten Strömungsführung und der damit verbundenen größeren Turbulenz sowohl den Ablagerungs- als auch den Abtragungsvorgang. Die Erkenntnisse des Einflusses der Rauheit und der Oberflächenenergie spezieller Oberflächen auf die Keimbildung und die Haftkraft zwischen Kristall und wärmeübertragender Fläche werden dabei berücksichtigt.

• DFG Programme: Research Grants