3D-CFD-simulations of the gas-particle flow in a Laval nozzle to predict mechanical erosion
Bibliographic record
Abstract
Die vorliegende Doktorarbeit betrachtet den erosiven Verschleiß von Laval-Düsen für den pneumatischen Stofftransport. Dazu wurden 3D-CFD-Simulationen der Gas-Partikel-Strömung auf Basis des Softwarepaketes OpenFOAM durchgeführt und ein kompressibler 2-Wege-gekoppelter sowie 4-Wege-gekoppelter Strömungslöser entwickelt. Zusätzlich wurden die Partikelmethoden von OpenFOAM erheblich erweitert. So sind z.B. zusätzliche stochastische Methoden für die Partikel-Partikel und Partikel-Wand-Kollisionen (Sommerfeld & Huber, 1999) mit einer erweiterten translatorischen und rotatorischen Impulserhaltung implementiert worden. Die auf die disperse Phase wirkenden fluidmechanischen Kräfte sind die Widerstandskraft nach Henderson (1976), die Kraft durch Druck- und Spannungstensor sowie die Auftriebskraft. Der erosive Verschleiß wird wahlweise mit dem Tabakoff-Modell (Grant & Tabakoff, 1973) und dem Oka-Modell (Oka et al., 2005; Oka & Yoshida, 2005) berechnet. Diese Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit dem HKW Cottbus, welches im Rauchgasreinigungssystem Laval-Düsen für den pneumatischen Abtransport von Asche verwendet. Aufgrund der hohen Gas- und Partikel-Geschwindigkeiten und der Kontur der Düsen sind diese massiv durch Erosion geschädigt worden. Dadurch haben diese ihre Funktion als Blende verloren, was eine Schädigung weiterer Komponenten des Rauchgasreinigungssystems zur Folge hatte. Zur Validierung des numerischen Strömungslösers wurde das Experiment von Kumar et al. (1983) ausgewählt und ein qualitativ vergleichbares Ergebnis generiert (60% des experimentellen Werts). Das charakteristische Verschleißbild des Experiments stellt sich nur unter Verwendung eines stochastischen Partikel-Wand-Kollisionsmodells mit hoher Wandrauigkeit ein. Im Fall glatter Wände ist der erosive Verschleiß insgesamt geringer und es verschiebt sich das Maximum der lokalen Erosionsrate. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen ist sowohl die Kontur der Laval-Düse des HKW Cottbus modifiziert worden als auch das Material der Düsenwandung von 13CrMo44-Stahl zu Siliziumcarbid-Keramik geändert worden. Die numerischen Simulationen des 4-Wege-gekoppelten Strömungslösers zeigen, dass sich das lokale Maximum der Verschleißrate im kritischen Bereich der Düsenkehle auf 1.5 % des Ausgangswerts reduziert und zugleich von der Düsenkehle weg verschiebt. In dieser Doktorarbeit ist im Gegensatz zu vergleichbaren numerischen Studien eine Validierung des Strömungslösers an experimentellen Daten durchgeführt worden. Zudem ist die Bedeutung der Partikel-Partikel-Kollisionen und der Wandrauigkeiten für die Berechnung des erosiven Verschleißes bei Laval-Düsen aufgezeigt worden.
Fetched live from OpenAlex and de-inverted. Abstracts are not stored in this database: the inverted indexes are 8.6 GB of the frame’s 9.3 GB of text, and the host has 13 GB free.
How this classification was reachedexpand
Full frame machine prediction
Teacher imitationNot calibrated prevalence, not ground truth. Human validation pending. The Gemma side is a direct model label for every work in the frame, read from the title-only record. The Codex side is a classifier learned from the 10,348 direct Codex labels and calibrated to design-weighted sample rates; fields without enough sample support carry no Codex call. Candidate is the union of the two sides; consensus is their intersection. These outputs are machine_predicted_unvalidated and are not human labels.
Distilled classifier scores by category (both heads)
| Category | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Metaresearch | 0.000 | 0.001 |
| Meta-epidemiology (narrow) | 0.000 | 0.000 |
| Meta-epidemiology (broad) | 0.001 | 0.001 |
| Bibliometrics | 0.001 | 0.000 |
| Science and technology studies | 0.000 | 0.000 |
| Scholarly communication | 0.001 | 0.000 |
| Open science | 0.001 | 0.000 |
| Research integrity | 0.001 | 0.001 |
| Insufficient payload (model declined to judge) | 0.002 | 0.000 |
Machine scores (provisional)
The two teacher heads of the student model, read on this work. A score orders the frame for review; it never asserts a category, and the validation status ships verbatim with every row.
Baseline scores from an immature model (maturity gate not passed, 7 training rounds). Scores rank; they never assert a category.
score_only:v0-immature-baseline · verbatim from the scoring run: score_only means the number may rank works, and no category label ships from itClassification
machine, unvalidatedMachine predicted; a candidate call from one source (direct Gemma or distilled Codex), not a consensus.
How this classification was reached, model by model and score by score, is at the end of the page under "How this classification was reached".