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Multiskalenmodellierung für technische Anwendungen
European Centre for Emerging Materials and Processes
Dresden - Germany December 7th, 2015
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Peters
Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
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Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
Einleitung
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Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
Extended Discrete Element Method (XDEM)
Extended Discrete Element Method:
• Abgeleitet von der klassischen Discrete Element Method (DEM), um Bewegung von granularem Material zu
beschreiben (diskrete Phase)
• Erweitert durch
• Thermodynamik der Partikel
• Schnittstelle zu Computational Fluid Dynamics (CFD) und Finite Element Analysis (FEA)
• Kopplung zu kommerzieller/OpenSource software
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Technologisches Konzept
XDEM CFD
FEA
Funktionale Materialien
Materialverarbeitung
Bruchverhalten
Thermische
Konvertierung von Festbetten/bewegten Betten
Reaktorauslegung
Anwendungen
Transport und Speicherung von granularen Stoffen
Mechanische Last an Strukturen
Mehrphasenströmung
Emissionen
Simultane FEA/CFD Analyse
Kinematik/Dynamik Verfahrenstechnik
Materialweissenschaften CFD / FEA
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Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
XDEM: Thermodynamik
• Generisches Modell für Partikelprozesse:
• Temperatur
• Strömung in Poren
• Chemische Reaktion
Massenanteil Fe3O4 Partialdruck CO [N/m^2]
• Schnittstelle zu CFD für Stoff- und Wärmeübergang
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Magnetide (Fe3O4) zu Wustite (FeO)
Lückenraum und Gasgeschwindigkeit
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Eisenreduktion mit Koks
Iron ore particles
Coke particles
Gas O2, N2 N2 , CO2, CO, O2
Voidspace
Reduktion von Eisenerz
Coke
t=10s t=300s t=700s
Coke
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Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
Wolframoxidreduktion
H2
H2O
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Wolframoxidreduktion
Reduktion in Gasphase
Page 24 ECEMP 2015
Inhalt
• Einleitung
• Extended Discrete Element Method (XDEM)
• Anwendungsbeispiele:
• Roheisengewinnung
• Pulvermetallurgie
• Zusammenfassung
Zusammenfassung
• XDEM als ein innovatives Werkzeug für multi-physikalische Anwendungen
• Multiskalencharakter durch hohe Auflösung der diskreten und kontinuierlichen Phase
• Beschreibung der granularen Phase unter thermischer und mechanischer Last
• Effiziente und flexible Kopplung zu CFD/FEM
• Mechanische Wechselwirkung
• Stoff-/Wärme-/Impulsaustausch
• Breites Anwendungsspektra mit großem Potential für Adaption und Erweiterung
