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By Michael Ehrentraut

Michael Ehrentraut zeigt die Gültigkeit von stationären, numerischen Strömungssimulationen (CFD) von viskoplastischen Fluiden in einem Laborrührsystem anhand experimenteller Daten. Die eingesetzte Simulationsmethodik ermöglicht eine erheblich schnellere Berechnung im Vergleich zu transienten Ausbreitungsrechnungen für die Durchmischung. Charakteristisch für das Rühren von derartigen Fluiden ist die Ausbildung von sogenannten Kavernen, durch welche die Durchmischung im Rührsystem örtlich begrenzt ist. Für die numerische Betrachtung von Kavernen wird deren Grenzfläche durch ein Geschwindigkeitskriterium definiert. Es wird gezeigt, dass die Volumen der so definierten Kavernen als ein Maß für die Durchmischung im Rührsystem angesehen werden können.

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5 Studie zur Rechengitterunabhängigkeit Die Unabhängigkeit der Simulationsergebnisse von der gewählten Rechengitterauflösung wird durch eine Rechengitterstudie validiert. Die gewählte Gitterzellenanzahl muss in CFD immer ein Kompromiss aus dem Anspruch an die Lösungsgenauigkeit und der notwendigen Rechenzeit sein. Jede der nachfolgenden Simulationen führt innerhalb von 500 Iterationen zu einem konvergenten Ergebnis. Die Bewertung der Konvergenz erfolgt auf Grundlage des wirkenden Gesamtdrehmoments ∑ ???? auf allen Wänden im Rührsystem.

Im Übergangsbereich nimmt die spezifische Kavernenscherrate bei steigernder Reynolds-Zahl stark ab. Von Interesse sind nun die möglichen Ursachen für diese Abnahme. 17 sind jeweils die volumengemittelten Scherraten im Bereich der Kaverne und im Stagnationsbereich dargestellt. Es wird ersichtlich, dass die volumengemittelte Scherrate in der Stagnationszone in etwa ab der kritischen Reynolds-Zahl mit ???????? ≈ 10 überproportional stark ansteigt. 17: Volumengemittelte Scherrate innerhalb der Kaverne und der Stagnationszone in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl für alle untersuchten Xanthankonzentrationen 52 Simulation Laborrührer Scaba 6SRGT keitskriterium im erhöhten Übergangsbereich dieser Untersuchung abgeschwächt ist.

Ber dieses Interface können die lokalen Transportgrößen von einer Zone in die andere übergeben werden. Die Lage und der Wandabstand des Interfaces beeinflussen prinzipiell die numerische Lösung einer Strömungssimulation. Aus diesem Grund wird im Folgenden der Einfluss der Interfacelage betrachtet. In diesem Abschnitt wird der minimal mögliche Interfaceabstand zum Rührorgan untersucht, der noch zu einem gültigen Simulationsergebnis führt. Für den Rührer Scaba 6SRGT unter Verwendung eines Newton’schen Fluids wird in [Parvasi 2013] gezeigt, dass Simulationen je nach radialer Lage des Interfaces unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile liefern.

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