Modellierung und experimentelle Validierung des Schwerkraftaustrags ultrafeiner kohäsiver Pulver

Viele Modellansätze zur Austragsberechnung kohäsiver Pulver aus Siloanlagen nutzen das von Johanson (1965) aufgestellte und von Tomas (1991) erweiterte Kräftegleichgewicht an einer Schüttgutbrücke. Bei ultrafeinen Pulvern beeinflusst der Fluidwiderstand erheblich den Austragsmassenstrom. Tomas (1991) und nachfolgende Wissenschaftler, wie Scheibe (1997) und Kache (2010), berechneten allerdings zu große Fluidwiderstände. Durch die Wahl eines fiktiven Agglomeratdurchmessers wurden deshalb kleinere Widerstandskoeffizienten der Schüttgutdurchströmung simuliert.

Die vorliegende Arbeit verfolgt einen anderen Ansatz. Die zwischenpartikuläre Fluidgeschwindigkeit und die Partikelgeschwindigkeit werden separat berechnet. Willkürliche Annahmen zur Fluidgeschwindigkeit, wie sie in bisherigen Modellen getroffen wurden, sind nicht mehr erforderlich. Es wird nachgewiesen, dass ultrafeine Schüttgüter bei einem rein schwerkraftgetriebenen Austrag nur mit einer sehr geringen Geschwindigkeit durchströmt werden. Ohne äußeren Druck werden Pulver hauptsächlich umströmt. Die Aufteilung der Fluidvolumenströme erfolgt in Abhängigkeit der Strömungswiderstände. Zur Berechnung der Strömungsaufteilung wird ein Lösungsansatz vorgestellt und mit Hilfe von Ersatzschaltbildern erläutert. Die Validierung des Berechnungsmodells erfolgte durch zahlreiche Austragsversuche im Technikumsmaßstab mit vier ultrafeinen kohäsiven Pulvern aus sechs unterschiedlichen Austragsöffnungen.