Erweiterte numerische Simulation der turbulenten, reagierenden Mehrphasenströmung in Calcinatoren der Zementindustrie

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Für die Auslegung und Optimierung von Calcinatoren in der Zementindustrie ist ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen aller ablaufenden Prozesse entscheidend. Die enge Verknüpfung zwischen der endothermen Entsäuerungsreaktion und der Energiebereitstellung durch Brennstoffe sowie die neuen Potentiale der Vorcalciniertechnik führen zu einem komplexen System. Während in der Vergangenheit aufwendige Werksmessungen zur Bestimmung der Bedingungen durchgeführt wurden, gewinnen heute numerische Methoden an Bedeutung. Allerdings können kommerzielle CFD-Softwarepakete, die meist für Gas- und Kohlenstaubfeuerungen konzipiert sind, nur einen Teil der Vorgänge abbilden, was die Simulation eines Calcinators mit erheblichem Modellierungsaufwand verbindet. Diese Arbeit stellt ein erweitertes Gesamtmodell vor, das auf dem Euler-Lagrange Ansatz basiert und wesentliche numerische Werkzeuge für die Beschreibung der reagierenden Mehrphasenströmung in Calcinatoren bereitstellt. Ein besonderes Merkmal ist die enge Verknüpfung mit experimentellen Erkenntnissen, die die Abbildungsgüte der Modellierungsansätze unter calcinatortypischen Bedingungen überprüft. Hierfür werden Ergebnisse zweier Verbrennungsanlagen sowie einer neu konstruierten Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen einer heißen, partikelbeladenen Gasströmung und einer zerstäubten Flüssigkeit herangezogen und mit den Simulationsergebnissen verglichen.