Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

Ausmischung der Gasphase im großen Rohr erFolgt in den Berechnungen langsamer
als im Experiment, was der begrenzten Vorhersagegenauigkeit des Turbulenzmodells
zuzuschreiben ist.
4.2 Gasinduzierte Durchmischung eines Behälters
In verfahrenstechnischen Anlagen werden große Mengen reaktiver Substanzen bevorratet.
Für den Fall, daß es in den Lagertanks zu einer unerwünschten Reaktion kommt,
werden Reaktionsstopper beigemengt. Durch bodennahe Einspeisung von Gas wird
eine Durchmischung des Behälters nach dem Prinzip der Mammutpumpe vorgenommen.
Für einen Behälter mit Durchmesser20 m und einer Spiegelhöhe von 8 m ist die berechnete
zeitlich-räumliche Entwicklung des zweiphasigen Strömungsfeldes - Flüssigkeitsdruck
und Flüssigkeitsgeschwindigkeit (linker Teil) sowie Gasvolumenanteil und
Gasgeschwindigkeit (rechter Teil) - während der ersten zehn Sekunden bei einer Einspeisemenge
vom 1 .5m3/s in Bild 2 gezeigt [2].
Nach der Anlaufphase nähert sich die Strömungsform allmählich dem stationären
Zustand, der in Bild 3 dargestellt ist. Die lokale Erhöhung der freien Oberfläche in der
Behältermitte bleibt in der Berechnung unberücksichtigt; ihr entspricht die Erhöhung
des statischen Drucks in diesem Bereich. Der Gasvolumenanteil liegt in der Nähe der
Einspeisestelle bei nahezu 100%, nimmt wegen der hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten
in vertikaler Richtung aber rasch auf Werte um 15% ab. Die Vertikalgeschwindigkeit
erreicht in Behältermitte Höchstwerte um 4 m/s; die für die Verteilung des Inhibitors
maßgebliche radiale Geschwindigkeitskomponente liegt im Bereich der freien
Oberfläche bei rund 1 m/s.
Nach ausreichend langer Zeit bildet die Flüssigkeit ein großes, torusförmiges Rezirkulationsgebiet,
wie die Stromlinienverteilung der Flüssigphase in Bild 3 zeigt. Den
Rechenergebnissen zufolge saugt der zweiphasige Strahl über rund 90% seiner Länge
Flüssigkeit aus der Umgebung mit gleichbleibender Radialgeschwindigkeit an, was
der radialen Ausbreitung des Strahls entgegenwirkt.
Bei Versuchen im Technikumsmaßstab (Durchmesser 1.6 m, Füllhöhe 0.8 m, Gasmengenstrom
0.55 11s) wurde anstelle des Inhibitors Tracermaterial im Zentrum des
Behälters aufgegebracht und nach Beginn der Gaseinseinspeisung die Mischungsgüte
an fünf verschi~edenen Positionen mit Hilfe von Leitfähigkeitssonden gemessen.
Der Vergleich zwischen Messungen und berechneten Ergebnissen ist in Bild 4 gezeigt.
Abweichungen in der Anfangsphase sind darauf zurückzuführen, daß die tatsächliche
Strömung nicht - wie in den Berechnungen vorausgesetzt - ideal rotationssymmetrisch
ist und die Messungen nur an fünf Stellen durchgeführt werden. Die
zeitliche Abhängigkeit der Mischungsgüte - eigentliches fiel der Untersuchung - wird
durch die Berechnungen sehr gut wiedergegeben.
5 Berechnungen mit der Lagrange Methode
Die Lagrange Methode ist grundsätzlich gut geeignet für die Beschreibung teilchenbe-
ladener Strömungen, bei der die größenabhängige Unterteilung der Partikeln in eine
Reihe diskreter Klassen erforderlich ist, um den individuetien Eigenschafien verschie-
den grof3er TePchen Rechnung zu tragen [6].