DEM/CFD Analyse der konvektiven Trocknung von bewegten Schüttungen

In dieser Arbeit wird ein gekoppeltes Modell aus der Diskreten Elemente Methode (DEM) und Computational Fluid Dynamics (CFD) vorgestellt, mit dem die konvektive Trocknung von bewegten Schüttungen unter zeitlicher und geometrischer Auflösung der Prozesse innerhalb der Objekte/Partikel des Trockenguts und der lokalen Bedingungen im Trockner simuliert werden kann. Der DEM Code berechnet die Bewegung des Trockenguts auf Basis der mechanischen Interaktion der einzelnen Partikel sowie zwischen Partikeln und Trockner. Die während der Trocknung ablaufenden Transportvorgänge innerhalb der Partikel werden ebenfalls im DEM Code modelliert. Dazu können vier unterschiedlich komplexe Beschreibungsansätze verwendet und maximal in die drei Koordinatenrichtungen aufgelöst werden. Im CFD Code wird das strömungsmechanische Verhalten des Trockenmediums berechnet und auf Basis des konvektiven Übergangs an der Partikeloberfläche der makroskopische Transport von Energie und Wasserdampf im Trockner simuliert. Aus der CFD Rechnung ergeben sich die Randbedingungen für die Transportvorgänge innerhalb der Partikel.
Zur experimentellen Überprüfung des DEM/CFD Modells werden als Materialien Silicagel und Buchenholzkugeln verwendet. Die vier Modelle zur Beschreibung der Partikeltrocknung werden zuerst anhand von Messdaten für den zeitaufgelösten Masseverlust eines einzelnen Partikels überprüft und Modellparameter für beide Materialien angepasst. Danach werden Experimente mit ruhenden und bewegten Schüttungen mit DEM/CFD Simulationen verglichen und anhand mehrerer Messgrößen die Genauigkeit der Modelle bewertet. Zudem wird die Auswirkung einer 3D Auflösung des Transports innerhalb und an der Oberfläche analysiert. Zum Abschluss erfolgt die Anwendung von DEM/CFD Simulationen auf einen Trommeltrockner.