Auslegung, Aufbau und Erprobung einer Durchflussküvette mit variabler optischer Weglänge für eine Inline-Partikelmesstechnik

Diplomarbeit aus dem Jahr 2017 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Technische Universität Kaiserslautern (Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Durchflussküvette für die Nutzung der statischen Extinktionsmethode als Inline-Messverfahren für mittlere Partikelgrößen und Partikelkonzentrationen von Emulsionen und Suspensionen entworfen.

Ziel war es, einen geringen statischen Druckverlust über der Apparatur, ohne maßgebliche Einbußen in der Messgenauigkeit, zu erzielen. Im Zuge der Konstruktion wurden zur Festigkeits- bzw. Verformungsanalyse ein FEM-Modell in NX Nastran© und zur Analyse der Strömungsverhältnisse und Partikelbahnen ein Simulationsmodell in ANSYS Fluent erstellt. Um den Druckabfall über der Apparatur zu bestimmen wurde, um Rechenzeit einzusparen, ein vereinfachtes 2D-Modell verwendet. Die Simulation der Partikelbahnen wurde mit einem 3D-Modell mittels Ein-Weg-Kopplung durchgeführt. Dadurch konnten Unterschiede bei der Durchströmung in vertikaler bzw. horizontaler Richtung aufgrund der Wirkung der Schwerkraft festgestellt werden.

Neben der numerischen Berechnung wurde die erarbeitete Konstruktion auf experimentellem Wege erprobt. Dabei wurden Messreihen zur Bestimmung des Druckabfalls über der Apparatur zur Validierung der Simulationsmodelle durchgeführt. Des Weiteren wurde die mittlere Partikelgröße einer O/W-Emulsion in einer Ölabscheideanlage messtechnisch bestimmt. Die Eignung für Suspensionen konnte im Rahmen der Versuchsreihen nicht erbracht werden.