Untersuchung und Validierung innovativer CFD-Methoden zur etablierten Simulation der Methanolsynthese

Hintergrund und Motivation

Die Entwicklung der additiven Fertigung (engl. additive manufacturing, Abk. AM) ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. Solche Strukturen können innerhalb weniger Stunden gefertigt werden und verbessern die Effizienz verfahrenstechnischer Apparate hinsichtlich Wärmeübertragung, Druckverlust und Strömungsverhalten. Eine zentrale Herausforderung besteht jedoch darin, diese Strukturen in numerischen Simulationen adäquat abzubilden und ihre Funktion sowie Effizienz zuverlässig zu bewerten.

Am Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) werden Ansätze zur schnellen Simulation solcher Strukturen in verfahrenstechnischen Anwendungen untersucht. Dabei werden verschiedene Open-Source-Simulationsprogramme mit innovativen Methoden der Fluidsimulation, wie der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) oder der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), erprobt, um die Simulation komplexer Strukturen deutlich zu beschleunigen.

Thema und Aufgaben

Das IMVT verfügt über eine experimentell validierte CFD-Simulation für die Methanolsynthese einschließlich der relevanten Reaktionskinetik. Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Open-Source-CFD-Alternativen für die Methanolsynthese einzusetzen und deren Ergebnisse mit der vorhandenen CFD-Simulation zu vergleichen. Die Aufgaben umfassen:

• Literaturrecherche zur Theorie numerischer Fluidsimulationen, zur Methanolsynthese sowie zu Open-Source-CFD-Alternativen
• Bewertung der verfügbaren Open-Source-Alternativen und Auswahl einer geeigneten Methode
• Entwicklung und Validierung der ausgewählten CFD-Alternative
• Vortrag der Arbeit innerhalb eines Institutsseminars

Rahmenbedingungen

• Studierende der Fachrichtung Verfahrenstechnik/ Maschinenbau
• Interesse an numerische Simulationen, insbesondere CFD
• Interesse an Programmierung, Automatisierung
• Sprache: Deutsch

Beginn: Nach Absprache

Betreuer: Mertcan Kaya (mertcan.kaya@kit.edu)