Staubexplosions- und Einzelpartikelmodell
Staubexplosionsmodell
Bei der Handhabung von brennbaren Stäuben besteht die Möglichkeit einer Staubexplosion. Um das Risiko und die Auswirkung abschätzen zu können, werden meist Sicherheitskenngrößen verwendet. Mit diesen ist jedoch keine Aussage über das geometrische Verhalten, wie zum Beispiel die Ausbreitung der Flammenfront, möglich. Deshalb wird das Ziel verfolgt, ein Modell zu entwickeln und zu evaluieren, welches Staubexplosionen makroskopisch beschreiben kann und mit moderatem Rechenaufwand auf industrielle Fragestellungen anzuwenden ist.
Dieses Modell basiert auf einem Flammenfront Ansatz, bei welchem die Ausbreitung der Flammenfront über die Flammengeschwindigkeit bestimmt wird. Bei Stäuben ist die laminare Flammengeschwindigkeit eine Funktion der Konzentration. Da sich der Staub relativ zur Strömung bewegt, wird die Bewegung des Staubes über einen Euler-Euler Ansatz beschrieben. Die turbulente Flammengeschwindigkeit kann ein Vielfaches der laminaren Flammengeschwindigkeit betragen. Um diese Effekte abbilden zu können, kommt ein RANS Turbulenzmodell zum Einsatz, welches einen Quellterm für die durch die Relativbewegungen der beiden Phasen entstehende Turbulenz beschreibt.
Vergleich zwischen Experiment und Berechnungsmodell
Einzelpartikelmodell
Um die Vorgänge im Inneren eines Partikels während einer Staubexplosion aufzeigen zu können, wird ein Einzelpartikelmodell entwickelt. Dieses soll die Vorgänge der Trocknung, Pyrolyse und des Kohlenstoffabbrandes über den Partikelradius wiedergeben. Eine kleine Anzahl dieser Einzelpartikel soll als Lagrange-Partikel in das Staubexplosionsmodell eingebracht und ihr Abbrandverhalten untersucht werden.
Radiale Wasserdampfverteilung im Partikel
