Numerische Simulation von Staubexplosionen in pneumatischen Saug-Flug-Förderanlagen: Fid-Bau Portal

Numerische Simulation von Staubexplosionen in pneumatischen Saug-Flug-Förderanlagen

Bielert, U. / Sichel, M.

Es wurde ein einfaches numerisches Modell zur Simulation von Staubexplosionen in Saug-Flug-Förderanlagen entwickelt. Dieses Modell basiert auf einem Front Tracking Verfahren für die aktuelle Position der Flammenfront. Das Modell berücksichtigt den passiven Transport der Flamme mit der Strömung des Staub-Luft-Gemisches sowie die aktive Ausbreitung der Flamme mit der turbulenten Flammengeschwindigkeit relativ zum unverbrannten Gemisch. Zur Bestimmung des Strömungsfeldes werden die eindimensionalen, instationären Eulergleichungen gelöst. Dabei wird angenommen, daß sich Gas- und Partikelphase im Gleichgewicht befinden und daher als Einphasenströmung betrachtet werden können. Die Berechnung der turbulenten Flammengeschwindigkeit berücksichtigt die Einflüsse des Staub-Luft-Gemisches, der Turbulenz und der Zeit. Die freien Parameter des Modells wurden durch ein einfaches Optimierungsverfahren an experimentellen Daten kalibriert. Das kalibrierte Modell wurde dann durch den Vergleich mit weiteren Experimenten validiert. Dabei zeigte sich, daß das Modell alle vorhandenen experimentellen Daten zufriedenstellend reproduzieren kann. Insbesondere läßt sich das unterschiedliche Verhalten bei Zündung am Rohreintritt und bei Zündung in der Rohrmitte durch das Modell beschreiben. Mit dem kalibrierten und validierten Modell wurden Parameterstudien durchgeführt, für die keine experimentellen Vergleichsdaten existieren. Dabei wurde der Einfluß der Staubkonzentration, der Fördergeschwindigkeit und der Rohrlänge systematisch untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in sich schlüssig. In der vorliegenden Arbeit wurden nur Maisstärke-Luft-Gemische betrachtet. Die Übertragung auf andere Stäube ist möglich, erfordert jedoch experimentelle Daten zur Kalibrierung der Modellkonstanten.