Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Durchflussküvette für die Nutzung der statischen Extinktionsmethode als Inline-Messverfahren für mittlere Partikelgrößen und Partikelkonzentrationen von Emulsionen und Suspensionen entworfen.
Ziel war es, einen geringen statischen Druckverlust über der Apparatur, ohne maßgebliche Einbußen in der Messgenauigkeit, zu erzielen. Im Zuge der Konstruktion wurden zur Festigkeits- bzw. Verformungsanalyse ein FEM-Modell in NX Nastran© und zur Analyse der Strömungsverhältnisse und Partikelbahnen ein Simulationsmodell in ANSYS Fluent erstellt. Um den Druckabfall über der Apparatur zu bestimmen wurde, um Rechenzeit einzusparen, ein vereinfachtes 2D-Modell verwendet. Die Simulation der Partikelbahnen wurde mit einem 3D-Modell mittels Ein-Weg-Kopplung durchgeführt. Dadurch konnten Unterschiede bei der Durchströmung in vertikaler bzw. horizontaler Richtung aufgrund der Wirkung der Schwerkraft festgestellt werden.
Neben der numerischen Berechnung wurde die erarbeitete Konstruktion auf experimentellem Wege erprobt. Dabei wurden Messreihen zur Bestimmung des Druckabfalls über der Apparatur zur Validierung der Simulationsmodelle durchgeführt. Des Weiteren wurde die mittlere Partikelgröße einer O/W-Emulsion in einer Ölabscheideanlage messtechnisch bestimmt. Die Eignung für Suspensionen konnte im Rahmen der Versuchsreihen nicht erbracht werden.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Kurzfassung
- Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Zielsetzung
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Grundlagen zu dispersen Systemen
- 2.2 Grundlagen der Fluidmechanik
- 2.3 Grundlagen zur optischen Partikelmesstechnik
- 2.4 Grundlagen der numerischen Strömungssimulation
- 2.5 Grundlagen zur Finite Elemente Methode
- 3 Konstruktion der Durchflussküvette
- 3.1 Anforderungsliste
- 3.2 Konzeptphase
- 3.3 Gestaltungs- und Ausarbeitungsphase
- 4 Numerische Berechnung
- 4.1 Aufbau der Berechnungsmodelle
- 4.2 2D-Simulation des statischen Druckverlusts
- 4.3 3D-Simulation der Partikelbahnen
- 5 Experimentelle Erprobung
- 5.1 Messung des statischen Druckabfalls
- 5.2 Partikelmessung
- 6 Auswertung
- 6.1 Validierung der Simulation
- 6.2 Optimiertes Küvettendesign
- 7 Zusammenfassung und Ausblick
- 8 Literaturverzeichnis
- Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Erprobung einer Durchflussküvette für die Inline-Partikelmessung mittels statischer Extinktionsmethode. Ziel ist es, eine Küvette mit variabler optischer Weglänge zu entwickeln, die einen geringen Druckverlust und gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
- Entwicklung einer Durchflussküvette mit variabler optischer Weglänge
- Minimierung des Druckverlusts über die Apparatur
- Numerische Strömungssimulation zur Analyse der Strömungsverhältnisse und Partikelbahnen
- Experimentelle Erprobung der Küvette zur Validierung der Simulation und zur Bestimmung der mittleren Partikelgröße von Emulsionen
- Anwendung der entwickelten Küvette im Bereich der Inline-Partikelmesstechnik
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Dieses Kapitel beschreibt die Motivation für die Arbeit und die Zielsetzung der Entwicklung einer Durchflussküvette für die Inline-Partikelmessung. Die Vorteile der statischen Extinktionsmethode werden erläutert und die Herausforderungen bei der Konstruktion einer Küvette mit variabler optischer Weglänge und geringem Druckverlust werden vorgestellt.
- Kapitel 2: Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen, die für die Konstruktion und Analyse der Durchflussküvette relevant sind. Dazu gehören die Grundlagen zu dispersen Systemen, Fluidmechanik, optischer Partikelmesstechnik, numerischer Strömungssimulation und der Finite-Elemente-Methode.
- Kapitel 3: Konstruktion der Durchflussküvette: Dieses Kapitel beschreibt den Konstruktionsprozess der Durchflussküvette. Es werden die Anforderungen an die Küvette definiert, das Konzept erläutert und die Gestaltungs- und Ausarbeitungsphase detailliert beschrieben.
- Kapitel 4: Numerische Berechnung: Dieses Kapitel befasst sich mit der numerischen Berechnung der Strömungsverhältnisse und Partikelbahnen in der Durchflussküvette. Es wird erläutert, wie die Simulationsmodelle aufgebaut werden und die Ergebnisse der 2D-Simulation des statischen Druckverlusts und der 3D-Simulation der Partikelbahnen vorgestellt.
- Kapitel 5: Experimentelle Erprobung: Dieses Kapitel beschreibt die experimentelle Erprobung der konstruierten Durchflussküvette. Es werden die Messungen des statischen Druckabfalls und der Partikelgröße vorgestellt und die Ergebnisse der Messreihen diskutiert.
- Kapitel 6: Auswertung: Dieses Kapitel analysiert die Ergebnisse der Simulation und der experimentellen Erprobung. Es wird die Validierung der Simulation durchgeführt und ein optimiertes Küvettendesign vorgeschlagen.
Schlüsselwörter
Durchflussküvette, Inline-Partikelmessung, statische Extinktionsmethode, variable optische Weglänge, Druckverlust, Strömungssimulation, ANSYS Fluent, Finite-Elemente-Methode, NX Nastran, Emulsion, Suspension, Partikelgröße, Partikelkonzentration
- Quote paper
- Anonym (Author), 2017, Auslegung, Aufbau und Erprobung einer Durchflussküvette mit variabler optischer Weglänge für eine Inline-Partikelmesstechnik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/366110
