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Analyse, Modellbildung und Berechnung von Strömungsmischern mit und ohne chemische Reaktionen / SPP 1141

Analysis, Modeling and Calculation of Mixing Processes with and without Chemical Reaction

19.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Strömungsmischer dienen dazu, in flüssigen und gasförmigen Stoffen eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Komponenten im molekularen Maßstab zu erreichen. Ziel des Forschungsprogramms ist es, die dabei ablaufenden Transportvorgänge mit und ohne Berücksichtigung gleichzeitig ablaufender chemischer Reaktionen zu berechnen. Hierbei sollen die verschiedenen Zeit- und Ortsskalen, auf denen die Vermischungs- und Reaktionsvorgänge ablaufen, anhand geeigneter Experimente beobachtet und aus den Ergebnissen neuartige Modelle hergeleitet werden, um die Vorhersage der Transport- und Umwandlungsvorgänge auf theoretischem Wege zu ermöglichen. Gegenstand der Untersuchungen sind Strömungsmischer wie z.B. Strahlmischer, statische Mischer, Mikromischer sowie Rührbehälter, wobei nur einphasige (gasförmige oder flüssige) Stoffsysteme betrachtet werden. Die flüssigen Stoffsysteme können sowohl newtonsches als auch nichtnewtonsches Fließverhalten zeigen. Es werden Messmethoden, die berührungslos oder ohne wesentliche Beeinflussung der Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsfelder einsetzbar sind, neu oder weiter entwickelt. Die eingesetzten Sensoren können die instationären Felder mit der notwendigen Skalengenauigkeit zeitlich und räumlich auflösen. Es schließt sich die Analyse bekannter experimenteller Ergebnisse mit dem Ziel der verfeinerten Modellbildung für die Vorhersage der Konzentrations- und Geschwindigkeitsfelder in Strömungsmischern an. Darauf aufbauend werden analytische und numerische Berechnungsverfahren entwickelt, die in der Lage sind, Konzentrations- und Geschwindigkeitsfelder mit der erforderlichen Orts- und Zeitauflösung abzubilden.

Mixing Processes are used to obtain an equally mixed distribution of liquid or gaseous components on the molecular scale. Objective of the research project is to calculate the mass transport also under consideration of chemical reactions which are superimposed to the mixing process. The different scales for time and space of the mixing and the reaction process have to be considered for the visualization of the mixing processes with suitable measurement techniques. From the experimental results new models should be developed which are able to predict the transport and reaction processes theoretically. Subject of the investigations are mixing devices such as free stream jets, static mixers, micromixers and stirred vessels. Only single phase flows (gaseous or liquid) are considered with the liquid systems can have Newtonian or non-Newtonian rheological behavior. Measurement techniques which are working contactless or without substantial impact on the velocity, concentration and temperature fields are developed or improved. The sensors have the necessary temporal and spatial resolution to measure the transient fields. The analysis of the known experimental results leads to an improved model for the prediction of concentration and velocity fields during mixing processes. From that analytical and numerical methods are developed, which are able to calculate concentration and velocity fields with the necessary spatial and temporal resolution.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr.-Ing. Dieter Mewes
Institut für Verfahrenstechnik der Universität Hannover
Callinstraße 36 · 30167 Hannover
Tel.: (0511) 762-3638 · Fax.: (0511) 762-3031
E-Mail: dms@ifv.uni-hannover.de

Further Information: www.ifv.uni-hannover.de/spp-mischen/