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Experimentelle und numerische Untersuchung eines kontinuierlich durchströmten Rotor-Stator-Mischsystems für Newtonsche und nicht-Newtonsche, mischbare hochviskose Stoffsysteme

IGF-Nr. 21058 N

Forschungsstelle 1: Bergische Universität Wuppertal
Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik
Lehrstuhl Strömungsmechanik
Gaußstraße 20
42119 Wuppertal
Projektleiter 1: Prof. Dr. Ing. habil. Uwe Janoske 
Forschungsstelle 2: Universität Hamburg
Institut für Technische und Makromolekulare Chemie
Bundesstraße 45
20146 Hamburg
Projektleiter 2: Dr. Werner Pauer 
Laufzeit: 01.06.2020 - 31.05.2022

Von der kunstoffverarbeitenden bis hin zur lebensmittelverarbeitenden Industrie ist das Mischen hochviskoser Medien ein häufig qualitätsentscheidender Verfahrensschritt. Zur Lösung der Mischaufgabe werden im industriellen Maßstab vielfach Rotor-Stator-Mischsysteme eingesetzt. Im Hinblick auf die gewünschten Produkteigenschaften der zu mischenden Komponenten sind sowohl Schergeschwindigkeit als auch Leistungseintrag nicht beliebig wählbar. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU)mit kleinen eigenen Forschungsabteilungen ist dies herausfordernd, da universell anwendbare Auslegungskriterien bzw. Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung des komplexen Qualitätsbegriffes nicht vorliegen. Bei neuen Mischaufgaben sind daher empirische Messungen zur Ermittlung der optimalen Betriebsparameter und Mischergeometrie erforderlich.

Durch Anwendung experimenteller und numerischer Methoden sollen universelle Auslegungskriterien für Rotor-Stator-Systeme, insbesondere auch bei nicht-Newtonschen Stoffsystemen und komplexen Rotor-Stator-Geometrien, gewonnen werden. Neben der Anwendung der Computational Fluid Dynamics (CFD) werden multivariante Analysen experimenteller Daten zur Identifikation der Schlüsseleinflussfaktoren eingesetzt. Durch die flexible Gestaltung des CFD-Modells ist ein Einsatz als Auslegungstoolbox möglich.

Hierfür werden verlässliche ortsaufgelöste experimentelle Daten im Viskositätsbereich bis 100 Pas benötigt, die in der frei zugänglichen wissenschaftlichen Literatur nicht in ausreichendem Maße verfügbar sind. Daher ist die Gewinnung ortsaufgelöster experimenteller Daten, wie Mischgüte und Temperatur Teil des Projektes. Ergänzend ist der Einsatz chemischer Sensoren geplant, die eine integrale Quantifizierung der Mikromischgüte auf molekularer Ebene erlauben. Die im Projekt generierten universellen Auslegungskriterien erlauben KMU neue Produkte schneller am Markt zu platzieren, vereinfachen den Eintritt in neue Märkte verbessern deren Wettbewerbsfähigkeit.

 

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 21058 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.