Numerische Simulationstechniken zur genauen und effizienten Behandlung von lokalen Strömungsprozessen mit chemischen Reaktionen
Ziel des Projektes ist die Entwicklung, numerische Realisierung und Validierung von speziellen numerischen Simulationstechniken, die eine detaillierte Betrachtung von Stofftransport im Zusammenspiel zwischen lokaler Hydrodynamik und chemischen Reaktionsmechanismen erlauben. Die neuen Simulationsmethoden sollen spezielle Reaktionsnetzwerke berücksichtigen, die von den Kooperationspartnern aus der Chemie geliefert werden. Darüberhinaus soll der zugehörige Strömungslöser hinreichend genau, robust, flexibel und effizient sein, um zusammen mit den Reaktionsmechanismen auf SPP-prototypische Konfigurationen angewendet werden zu können. Insbesondere sollen Simulationen durchgeführt werden können, die die entsprechenden Zeitskalen erfassen können, die für die Chemieingenieure von zentraler Bedeutung sind, um die Betriebsbedingungen für möglichst hohe Selektivität und Umsatz zu ermitteln.Während wir uns in der in der ersten Projektphase vor allem auf das Leitexperiment 'Superfokusmischer' konzentriert haben, werden wir in der beantragten 2.Phase den Strömungslöser bzgl. Mehrphasigkeit (und Elektromobilität) erweitern, um auch das 2.Leitexperiment, einen Taylor Flow Apparat, hochgenau simulieren zu können. Es ist mit unseren Kooperationspartnern abgesprochen, dass die Chemiker wieder die Reaktionsmechanismen liefern und die Chemieingenieure Daten aus Experimenten zur Validierung zur Verfügung stellen werden, auf deren Basis wir detaillierte Simulationsrechnungen wie auch Sensitivitätsanalysen durchführen werden.
Technische Universität Dortmund
Angewandte Mathematik und Numerik
Projektleiter
Prof. Dr. Stefan Turek
Projektmitarbeiter
Dr.-Ing. Otto Mierka
Maimoona Munir, M.Sc.
Arooj Fatimah, M.Sc.
Numerical simulation techniques for the efficient and accurate treatment of local fluidic transport processes together with chemical reactions
The aim of this project is the development, numerical realization and validation of special numerical simulation techniques which allow a detailed analysis of the mass transfer effects due to the local hydrodynamics of (microfluidic) flow problems and their interplay with chemical reaction mechanisms. The developed simulation tools shall, on the one hand, be able to include the SPP-typical reaction mechanisms which will be provided by the experts from chemistry. On the other hand, the corresponding CFD solver shall be sufficiently accurate, robust, flexible and efficient to couple the hydrodynamics with the reaction networks and mechanisms for SPP-prototypical configurations to provide simulations w.r.t. the corresponding time scales which are necessary, for the partners from chemical engineering, to predict the corresponding operational conditions which may lead to high selectivity and yield. In the first period, we will mainly concentrate on the (single-phase) 'Superfocus Mischer' which will serve as a 'Leitexperiment' inside of the SPP with very specific properties which allow the precise experimental analysis and control of the resulting micro mixing. Then, in the second step, we will extend the flow part towards multiphase flow ('Taylor flow capillaries') to include mass transfer effects due to the different phases.
Technische Universität Dortmund
Angewandte Mathematik und Numerik
Project leader
Prof. Dr. Stefan Turek