Meinicke

 Unter festen Schwämmen werden hochporöse, offenzellige und daher allseitig durchströmbare Netzwerkstrukturen aus keramischen oder metallischen Basismaterialien verstanden. Deren hohe Porosität bedingt einen vergleichsweise niedrigen Druckverlust bei der ein- und zweiphasigen Durchströmung. Zugleich wird der Wärmetransport in einer solchen Struktur durch die ebenfalls hohe spezifische Oberfläche sowie die Kontinuität der festen Phase begünstigt, was Schwämme für den technischen Einsatz z.B. in Abgaskatalysatoren, Trennapparaten oder als Porenbrenner interessant macht. Aufgrund der wachsenden Bedeutung von Simulationstools bei der Auslegung solcher technischen Apparate ist es das Ziel dieses Projektes, ein CFD-Modell zur Beschreibung der Hydrodynamik sowie des Wärmetransports in solchen Strukturen zu entwickeln. Die Modellentwicklung erfolgt dabei an repräsentativen Ausschnitten der realen, unregelmäßigen Festkörperstruktur. Zu diesem Zweck werden verfügbare Schwammstrukturdaten zur Generierung einer für die CFD-Simulation nutzbaren Modellgeometrie aufbereitet und anschließend geeignet vernetzt.

Abb. 1: Ergebnisse der CFD-Simulation für Geschwindigkeitsfeld (links: Stromlinien) und Temperaturfeld (rechts) bei einphasiger Durchströmung eines zylindrischen SiSiC-Schwamm -Kontrollvolumens

Ziel dieser Arbeit ist es, ein bestehendes CFD-Modell zur Beschreibung der Hydrodynamik der einphasigen Durchströmung fester, unregelmäßiger Schwammstrukturen so zu erweitern, dass eine zuverlässige Beschreibung des Wärmeübergangs vom Fluid an die Struktur möglich ist.
Besonderes Augenmerk ist dabei auf die folgenden Aspekte zu richten:
- geeignete Vorgabe von Randbedingungen zur externen Eintragung eines vorgegebenen Wärmestroms in die Struktur
- Modellierung des Energietransports in Festkörper und Fluid inklusive geeigneter Kopplung an der Phasengrenzfläche
- Überlegungen zur Definition eines aussagekräftigen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Festkörper und Fluid inklusive Einordnung in die verfügbare Literatur
Dazu stehen bereits einfache numerische Rechengitter zur Verfügung, welche ggfs. anwendungsorientiert anzupassen sind.