Strömungen verstehen und gestalten

Leistung und Betriebsverhalten eines technischen Reaktors werden nicht nur vom Katalysator beeinflusst, sondern auch von den Transport­prozessen im Inneren des Reaktors.

Simulierter Dampfanteil
© IMVT

Insbesondere die Strömungs­verhältnisse spielen hierbei eine große Rolle. Diese können heute mit­hilfe der numerischen Strömungs­simulation (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) mit hoher Orts- und Zeit­auf­lösung präzise erfasst, abgebildet, analysiert und optimiert werden. Richtig angewandt, lässt sich damit der Auf­wand für experimentelle Unter­suchungen reduzieren. Somit können Kosten und Zeit gespart werden.

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„Leistungsfähige Computer und CFD-Programme alleine reichen dafür jedoch nicht aus“, sagt Achim Wenka, Chemie­ingenieur und CFD-Experte am IMVT. „Neben fundiertem CAD-Wissen (Computer-Aided Design) ist lang­jährige Erfahrung in der Anwendung von CFD-Programmen notwendig. Denn fast noch wichtiger als die Strömungs­simulation selbst, ist es, deren Ergebnisse auch richtig zu beurteilen. Nur dann gelingt es, die richtigen Schlüsse zu ziehen und entsprechende Lösungs­wege zu erarbeiten.“

Die Entwicklung modularer Reaktoren zur Umwandlung von Synthese­gas in flüssige Kohlen­wasser­stoffe wie Kerosin, ist ein Schwer­punkt am IMVT. Die Temperatur in diesen Reaktoren soll durch eine integrierte Verdampfungs­kühlung konstant gehalten werden (Isothermie). Die Heraus­forderung dabei ist, die Verdampfer­passage so zu gestalten, dass eine gleich­mäßige Verteilung des zu verdampfenden Mediums (Wasser) auch in verschiedenen Betriebs­zuständen des Reaktors gelingt. Mithilfe der CFD konnte gezeigt werden, dass dies mit einzelnen blüten­artigen Verdampfungs­feldern (vgl. Abb.), deren Temperatur sich unter­einander kaum unter­scheidet, möglich ist.

Steckbrief

Das IMVT besteht seit dem Jahr 2001 als Organisations­ein­heit des KIT. Gründungs­idee war die Nutzung der Mikro­system­technik für neue Anwendungen in Chemie und Verfahrens­technik. Derzeit sind 55 Mit­arbeiter am IMVT tätig, darunter 14 Doktoranden. Das IMVT erhält eine Grund­finanzierung durch die Helmholtz-Gemein­schaft, die etwa 60 % der Gesamt­kosten deckt. Die verbleibenden 40 % stammen über­wiegend aus Projekt­förderungen durch staatliche Ein­richtungen wie die Bundes­ministerien BMBF und BMWi, die Landes­ministerien MWK und UM (Baden-Württemberg) und die EU, die Deutsche Forschungs­gemein­schaft (DFG) sowie von Stiftungen (DBU, Vector Stiftung, Peter und Luise Hager Stiftung).

Kontakt

www.imvt.kit.edu

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