RT2 Vorlesung an der Beuth Hochschule für Technik

Karteikarten und Zusammenfassungen für RT2 Vorlesung an der Beuth Hochschule für Technik

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Was ist ein Totvolumen?

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was sind Kurzschlussströme?

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Nenne drei numerische Methoden, die in der CFD angewendet werden. Welche von ihnen ist am weitesten verbreitet? Warum?

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Welche Gleichungen müssen bei CFD-Anwendungen immer gelöst werden? Welche kommen optional hinzu?

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Welches ist die derzeit wichtigste Gruppe von Turbulenzmodellen? Charakterisieren Sie sie kurz.

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CFD anwendbar in der Verfahrenstechnik?

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Welche Annahmen werden gemacht und welche Voraussetzungen getroffen, um den Umsatz auf Grundlage der experimentell bestimmten VZV berechnen zu können?

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Was ist eine Phase?

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Was ist eine Phasengrenze?

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Beispiele für Phasen

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Warum kann für die Bilanzierung der Kaskade die Bilanzgrenze nicht außen um alle Kassel gelegt werden? 

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RT2 Vorlesung

Was ist ein Totvolumen?

Totvolumen= nicht oder kaum durchmischte Anteile des gesamten Reaktionsvolumen

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was sind Kurzschlussströme?

Kurzschlussströme= Teil des Zulaufstroms wird nicht oder kaum mit dem Reaktorinhalt vermischt und gelangt direkt in den Ablaufstrom

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Erkläre die Funktionsweise des Zonen-Modells!

- Zerlegung des Gesamtvolumens in möglichst wenig Teilvolumina (Zone= Bereich in den Mischung ausreichend homogen ist)


- Anzahl nach Aufwand und notwendiger Genauigkeit bestimmen (so gering wie möglich, so groß wie nötig)


- Für jede Zone wird eine separate Bilanz erstellt (Zu- und Abströme und Wandlungsterm)


- Massenströme zwischen den Zonen aus Erfahrung oder separat bestimmen (CFD); wandlungsterm CSTR-Ansatz


- Ströme zwischen Zonen müssen hin und her gehen

-> System von Bilanzgleichungen die miteinander gekoppelt sind 

RT2 Vorlesung

Nenne drei numerische Methoden, die in der CFD angewendet werden. Welche von ihnen ist am weitesten verbreitet? Warum?

Partielle Differentialgleichungen müssen mit numerischen Methoden gelöst werden.

- Finite-Volumen-Methode (FVM):

  meistend verwendet

  robuste Lösung in den meisten Anwendungsfällen


- Finite-Elemente-Methode (FEM):

   vor allem bei Kopplung mit strukturmechanischen Fragestellungen verwendet


- Lattice-Boltzmann- Methode (LBM)

  schnelle Methode, wenn hohe räumliche Auflösung erforderlich ist


- Smoothed-Particle-Hydrodnamics (SPH)

  gitterfrei Methode

  gute für freie Oberflächen, Tropfenbildung u.ä.


RT2 Vorlesung

Welche Gleichungen müssen bei CFD-Anwendungen immer gelöst werden? Welche kommen optional hinzu?

immer gelöst (Navier-Stokes-Gleichung)

- Impulsbilanz

- Kontinuitätsgleichung


optional:

- Einzelstoffbilanz

- innere Energie



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Welches ist die derzeit wichtigste Gruppe von Turbulenzmodellen? Charakterisieren Sie sie kurz.

Derzeit sind RANS (Reynolds Averaged Naiver Stokes) am weitesten verbreitet. 

Sie basieren aus einer vollständigen Mittelung über die zeitlichen turbulenten Schwankungen und liefern trotzdem Ergebnisse für Druck und Geschwindigkeit, deren Genauigkeit in vielen Fällen ausreichend ist.

Allerdings ist die Erweiterung auf Einzelstoffbilanzen, die zur Vorhersage von Umsatz und Selektivität chemischer Reaktionen erforderlich sind, oft nur sehr grob.


- LED (Large-Eddy-Simulation) haben eine bessere räumliche und zeitliche Auflösung als RANS-Simulationen und damit eine höhere Genauigkeit in der Berechnung aller Transportgrößen. Entsprechend benötigen sie auch einen größeren nummerischen Aufwand.

RT2 Vorlesung

CFD anwendbar in der Verfahrenstechnik?

Vom Prinzip her bestens geeignet, da alle relevanten Vorgänge erfasst erden können aber

- noch nicht für alle Prozesse gute Modelle,

- Modelle nur so gut wie verfügbare Parameter,

- je genauer die Modelle, um so höher der Aufwand

RT2 Vorlesung

Welche Annahmen werden gemacht und welche Voraussetzungen getroffen, um den Umsatz auf Grundlage der experimentell bestimmten VZV berechnen zu können?

Annahmen:

- Zulauf ideal vorgemischt

- Makromischuhng wie im realen Reaktor

   -> VZV stellt sich ein

- keine Mikromischung im Reaktor

   -> einzelne Fluidelemente mischen sich nicht  untereinander


Voraussetzungen:

-stationärer Betrieb

- Verweilzeitverteilung experimentell bestimmt

- Kinetik bekannt

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Was ist eine Phase?

Bereich eines Systems, der durch eine Phasengrenze von anderen Bereichen getrennt ist. Innerhalb einer Phase ändern sich intensive Größen nicht oder nur stetig.

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Was ist eine Phasengrenze?

Fläche im System, an der sich mindestens eine intensive Größe sprunghaft ändert


Die Zahl der Phasen die in einem System vorkommen können, ist nicht begrenzt.

mehrphasigkeit ist nur möglich, wenn die Stoffe nicht beliebig mischbar/löslich sind.

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Beispiele für Phasen

System: See mit Luft

relevante intensive Größe:

Dichte, O2 Konzentration


System: Salatsoße

relevante intensive Größe: Konzentration der Bestandteile


System: Klärbecken

relevante intensive Größe: Dichte, Viskosität, Konzentration



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Warum kann für die Bilanzierung der Kaskade die Bilanzgrenze nicht außen um alle Kassel gelegt werden? 

Kaskadenmodell (Strömungsrohr): Das Verwilzeitverhalten eines realen Strömungsrohrs wird bei diesem Modell durch das einer Kaskade aus K gleichgroßen idealdurchmischten Rührkesseln beschrieben. Hierzu unterteilt man das Volumen des realen Strömungsrohrs gedanklich in gleichgroße hintereinander geschaltete ideale Rührkessel

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