TY - THES

T1 - Modellierung und Simulation des Adsorptionsprozesses von Wasserdampf an Zeolith

AU - von Berg, Lukas

N1 - gesperrt bis null

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein eindimensionales Modell zur Simulation des Adsorptionsprozesses von Wasserdampf an einer Feststoffschüttung entwickelt. Die hergeleiteten Bilanzgleichungen wurden mit der Methode der finiten Differenzen diskretisiert und das gekoppelte Differentialgleichungssystem so in ein algebraisches Gleichungssystem überführt, das mit Matlab gelöst wurde. Der Vergleich von Simulationsergebnissen mit von Mette an einem Laborreaktor unter Verwendung des Zeolithen 13XBFK durchgeführten Messungen zeigt für verschiedene Wasserdampfbeladungen der Luft gute Übereinstimmung. Auch die am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik, Montanuniversität Leoben, mit dem selben Adsorbtionsmaterial durchgeführte Versuchsreihe konnte erfolgreich nachgerechnet werden. Durch Variation verschiedener Parameter, wie z.B. der Schüttungsporosität, wurde deren Einfluss auf den Adsorptionsprozess untersucht und so ein tieferes Verständnis der Stoff- und Wärmetransportvorgänge gewonnen. Zusätzlich wurde ein zweidimensionales Modell mit der Simulationssoftware Ansys Fluent erstellt und auch dieses mit den Versuchen aus der Literatur und den Messungen am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik validiert. Durch den zweidimensionalen Ansatz können wichtige Eigenschaften wie die Randgänigkeit einer Kugelschüttung und das daraus resultierende Strömungsprofil berücksichtigt werden. Der Vergleich der beiden Modelle zeigt jedoch, dass der grundlegende Prozess bereits durch das einfachere eindimensionale Modell sehr gut beschrieben werden kann. Im Laufe der Arbeit wurde ein solides Grundlagenverständnis der in einem Adsorptionswärmespeicher ablaufenden Stoff- und Wärmetransportvorgänge aufgebaut, welches gemeinsam mit den entwickelten Simulationswerkzeugen bei der Konstruktion und Weiterentwicklung solcher Energiespeicher helfen soll.

AB - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein eindimensionales Modell zur Simulation des Adsorptionsprozesses von Wasserdampf an einer Feststoffschüttung entwickelt. Die hergeleiteten Bilanzgleichungen wurden mit der Methode der finiten Differenzen diskretisiert und das gekoppelte Differentialgleichungssystem so in ein algebraisches Gleichungssystem überführt, das mit Matlab gelöst wurde. Der Vergleich von Simulationsergebnissen mit von Mette an einem Laborreaktor unter Verwendung des Zeolithen 13XBFK durchgeführten Messungen zeigt für verschiedene Wasserdampfbeladungen der Luft gute Übereinstimmung. Auch die am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik, Montanuniversität Leoben, mit dem selben Adsorbtionsmaterial durchgeführte Versuchsreihe konnte erfolgreich nachgerechnet werden. Durch Variation verschiedener Parameter, wie z.B. der Schüttungsporosität, wurde deren Einfluss auf den Adsorptionsprozess untersucht und so ein tieferes Verständnis der Stoff- und Wärmetransportvorgänge gewonnen. Zusätzlich wurde ein zweidimensionales Modell mit der Simulationssoftware Ansys Fluent erstellt und auch dieses mit den Versuchen aus der Literatur und den Messungen am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik validiert. Durch den zweidimensionalen Ansatz können wichtige Eigenschaften wie die Randgänigkeit einer Kugelschüttung und das daraus resultierende Strömungsprofil berücksichtigt werden. Der Vergleich der beiden Modelle zeigt jedoch, dass der grundlegende Prozess bereits durch das einfachere eindimensionale Modell sehr gut beschrieben werden kann. Im Laufe der Arbeit wurde ein solides Grundlagenverständnis der in einem Adsorptionswärmespeicher ablaufenden Stoff- und Wärmetransportvorgänge aufgebaut, welches gemeinsam mit den entwickelten Simulationswerkzeugen bei der Konstruktion und Weiterentwicklung solcher Energiespeicher helfen soll.

KW - Adsorption

KW - Zeolith

KW - Wasserdampf

KW - Simulation

KW - Modellierung

KW - adsorption

KW - zeolite

KW - water vapor

KW - simulation

KW - modelling

M3 - Masterarbeit

ER -