Modellierung und Simulation

Unsere Kompetenzen decken die Entwicklung, Validierung und Anwendung von innovativen Simulationswerkzeugen, die in der Bioenergiebranche für die Entwicklung und Optimierung von neuen Anlagen-Technologien eingesetzt werden, ab.
Wir haben langjährige Erfahrung in den Bereichen der CFD-Modellierung sowie der Durchführung von reaktionskinetischen und thermodynamischen Simulationen. Diese Modelltechniken sind die Basis für die schrittweise und kontinuierliche Entwicklung von fortgeschrittenen multidimensionalen Modellen, mit dem letztendlichen Ziel, die virtuelle Biomasse-Konversionsanlage zu entwickeln.
Die Modellentwicklung in der Area Modellierung und Simulation ist vom Bedarf in der Industrie getrieben und behandelt derzeit folgende Themenstellungen:

  • Thermische Konversion fester Biomasse
  • Aschebedingte Probleme
  • Gasphasenreaktionen und Emissionen
  • Maßgeschneiderte Softwareentwicklung

Neben der Entwicklung von Modellen hat BIOENERGY 2020+ langjährige Erfahrung in der Anwendung der Modelle zur Unterstützung von Technologieentwicklungen und Anlagenoptimierungen. Diese Forschungsarbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den anderen Areas des Zentrums und den Unternehmenspartnern durchgeführt, um möglichst zielgerichtete Simulationen und eine effiziente und praxisgerechte Umsetzung der Simulationsergebnisse zu gewährleisten.

Leistungsbeschreibung SUBAREA 4.3

• Simulation der thermischen Konversion fester Biomasse
(Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Torrefikation)

Simulation der Rostfeuerungen mit detaillierten 3D-CFD-Festbettmodell; Modellierung der wesentlichen Prozesse im Brennstoffbett, Simulation von Staubfeuerungen, Optimierung der Geometrie von biomassebefeuerten Kesseln und Öfen, Sensitivitätsanalyse der relevanten Einflussparameter auf den Abbrand der Biomasse am Rost

• Analyse von aschebedingten Problemstellungen

Untersuchung der Emission von groben Flugaschepartikeln (Silikat- und Salzpartikel) und Feinstaub; Simulation der Depositionsbildung (Kondensation von aschebildenden Dämpfen sowie Ablagerung von Fein- und Grobstaub); Untersuchung der Hochtemperatur- Korrosion in biomassebefeuerten Kesseln

• Gasphasenreaktionen und Emissionen

Simulation der Gasemissionen (z. B . CO und NOx) in Biomassefeuerungsanlagen; Hybrid-Modell für die Gasphasen-Verbrennung (für laminare, bis stark turbulente Strömungen mit detaillierten Reaktionsmechanismen), Strähnen-Modell um die Wirkung von Gassträhnen aus dem Brennstoffbett auf Durchmischung und Reaktionsrate zu berücksichtigen; CFD-Modelle für die Bildung und Zerstörung von PAK und Ruß; Optimierung der Düsen zur Einblasung von Sekundärluft und rezirkuliertem Rauchgas

• Automatisierung der CFD-Simulationen

Entwicklung eines Werkzeuges zur automatischen Durchführung von CFD-basierten Parameterstudien zur Optimierung von Biomasse Feuerungen (Minimierung des Feuerungsvolumens, Reduktion des Luftüberschusses und des Rezirkulationsverhältnisses (Wirkungsgrad, Betriebskosten), Reduktion der CO- und NOx-Emissionen sowie von Temperatur- und Rauchgas-Geschwindigkeitsspitzen)

• Maßgeschneiderte Softwareentwicklungen und Schulungen

Entwicklung maßgeschneiderter Software basierend auf OpenFOAM und ANSYS FLUENT sowie die Schulungen auf unterschiedlichem Niveau