Fließende granulare Materialien sind die Grundlage vieler industrieller Verfahren. Allerdings stellen sie wegen ihrer komplexen physikalischen Eigenschaften hohe Anforderungen an die Simulation, also Modellierung und numerische Lösung. In der Modellierung ergeben sich die Schwierigkeiten aus der Notwendigkeit, physikalische Effekte wie z.B. die Stagnation und eine maximalen Packungsdichte in ein hydrodynamisches Modell zu integrieren. Die numerischen Schwierigkeiten ergeben sich aus der Komplexität und Nichtlinearität eines Modells dieser Art.

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Die Gruppe "Komplexe Fluide" hat ein solches Modell entwickelt und im Rahmen mehrerer erfolgreicher Projekte die industrielle Nutzbarkeit aufgezeigt. Zur numerischen Lösung wurden verschiedene nichtlineare Finite Volumen Verfahren entwickelt. Modellierung und numerische Verfahren sind in der Software CoRheoGrain − ein Modul der CoRheoS Software Plattform - implementiert. Vom Einlesen beliebiger Geometrien bis zur Visualisierung deckt CoRheoGrain so die Simulation granularer Strömungen ab.

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Ein bedeutender Vorteil von CoRheoGrain im Vergleich zu partikelbasierten Verfahren wie z.B. DEM ist die Behandlung des granularen Materials als Kontinuum. Dies erlaubt die Simulation langsamer wie auch schneller granularer Prozesse mit Industriell relevanten Stoffvolumen und realistischen Partikelgrößen verschiedener Granulate und Pulver im üblichen CFD Kontext mit ähnlichen Rechenzeiten. Die mikroskopische Interaktion der Partikel wird hier Teil der Kontinuumsmodellierung. Des Weiteren ist die Parallelisierbarkeit von CFD Verfahren sehr effektiv möglich und intensiv erforscht. Diese Ergebnis können zur weiteren Reduktion der Simulationszeiten auf die Verfahren in CoRheoGrain direkt angewendet werden.

Im vergangenen Jahr wurde das Anwendungsfeld für CoRheoGrain noch einmal stark um die Interaktion bewegter Bauteile mit granularen Medien erweitert. Aufbauend auf ersten Erfolg versprechenden Versuchen (Bild 1) ist ein Industrieprojekt zur Simulation von Mischmaschinen mit schnell bewegten Bauteilen erfolgreich abgeschlossen worden.

Hierdurch ergaben sich auch Erweiterungen für die Simulation des Strömungsverhaltens in Silos, deren Auslegung häufig noch immer hochgradig vereinfachten Zusammenhängen unterliegt. Oft werden zur Verbesserung oder Steuerung des Fliessverhaltens Einbauten verwendet. Zum Beispiel bei der Optimierung der Art und Position solcher Einbauten kann die Software CoRheoGrain eine wichtige Rolle spielen. In Bild 2 wird ein einfache Variante eines solches Silos mit Einbau gezeigt.

Dieser Ansatz, sowie die vollständige Parallelisierung und die genauere Modellierung des Verhaltens von Granulaten an festen Wänden werden im nächsten Jahr die Nutzbarkeit und die Güte von CoRheoGrain Simulationen weiter verbessern.