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AUTHOR
Dipl.-Inf. Knut Krenzer, IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
k.krenzer@iab-weimar.de
Geb. 1981; 1999-2005 Informatikstudium an der Friedrich Schiller Universität Jena; 2005-2007 Softwareentwickler
bei VeecoMetrology in Santa Barbara, Kalifornien; 2007-2011 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für
Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e.V. mit dem Schwerpunkt Partikelsimulation; seit 2012 Fachbereichsleiter
Simulation am IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
arrangement of the mixing paddle perforations was parameterized
in the simulation, and the paddle geometry was systematically
varied (see Fig. 1 for selected geometries). For these individual
paddle shapes, the mixing process was again simulated and relevant
process parameters were measured. Finally, the influence of
the individual geometrical parameters on the evaluation variables
was analyzed statistically. To assess particle homogeneity, indirect
parameters that characterize the probability of failure (average
shear rates and pressure gradients and minimum coefficient
of cavitation) were derived. When comparing the three variables,
significant differences were found depending on the paddle geometry
used (Fig. 2). The results of this analysis were used to
develop an optimized paddle design whose application reflects the
intended improved particle homogeneity. This successful project
step creates the basis to investigate the influence of other geometrical
parameters of the mixer, including the heights and widths
of the stirring and main mixing chambers.
Summary
The approach presented in this paper enabled a thorough investigation
of the flow patterns in a colloidal mixer. The combination
of parameterized geometry descriptions with statistical analyses
resulted in a suitable machine design that promotes particle homogeneity
whilst also reducing energy consumption. This machine
design was shown to be better-suited to practical needs.
Validierung der Simulation. Im Anschluss wurde die Lochgeometrie
der Mischerpaddel in der Simulation parametrisiert und systematisch
variiert (Auswahl in Abb. 1). Für diese Paddelformen wurden der
Mischprozess erneut simuliert und die relevanten Prozessgrößen ermittelt.
Abschließend erfolgte eine statistische Analyse des Einflusses
der verschiedenen Geometrieparameter auf die Bewertungsgrößen.
Zur Beurteilung des Partikelaufschlusses wurden indirekte Kenngrößen
(durchschnittliche Scherraten und Druckgradienten sowie
minimale Kavitationszahl) extrahiert, die das Aufschlussvermögen
charakterisieren. Beim Vergleich der drei Kennzahlen konnten starke
Unterschiede in Abhängigkeit von der Paddelgeometrie festgestellt
werden (Abb. 2). Die Ergebnisse dieser Analyse dienten als Grundlage
für die praktische Umsetzung einer optimierten Paddelauslegung, deren
Anwendung die angestrebte Verbesserung des Partikelaufschlusses
widerspiegelt. Aufbauend auf dieser erfolgreichen Realisierung
werden im nächsten Schritt der Einfluss weiterer Geometrieparameter
des Mischers, wie Höhen- und Breitenverhältnisse des Vor- und
Hauptmischraums, untersucht.
Fazit
Mit Hilfe der präsentierten Vorgehensweise konnte eine fundierte
Untersuchung der Strömungsverhältnisse in einem Kolloidalmischer
durchgeführt werden. Durch die Kombination von parametrisierter
Geometriebeschreibung und statistischer Auswertung wurde eine geeignete
Maschinenauslegung gefunden, die sowohl den Partikelaufschluss
begünstigt als auch die Energieaufnahme reduziert. Die verbesserte
Praxistauglichkeit der optimierten Paddelgeometrie konnte
in realen Anwendungen nachgewiesen werden.
→ 2 Analysis of average pressure gradients in the simulation at various speeds and for different materials depending on the paddle geometry used
Auswertung der durchschnittlichen Druckgradienten in der Simulation bei verschiedenen Drehzahlen und Materialien in Abhängigkeit von der verwendeten
Paddelgeometrie
88 BFT INTERNATIONAL 02·2013 ↗ www.bft-international.com