Skalenreduzierte Modellierung unter Berücksichtigung heterogener Kinetik

Scale-reduced modeling under consideration of heterogeneous kinetics

Masterthesis, Bachelorthesis

In einem einzigartigen Forschungsansatz sollen Eisen und seine Oxide in einem Kreislauf als kohlenstofffreier chemischer Energieträger für erneuerbare Energie genutzt werden. Eisen hat ein enormes Potenzial die Energiewende voranzutreiben. Im Projekt Clean Circles erforschen Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen wie Eisen und seine Oxide in einem Kreislauf als kohlenstofffreier chemischer Energieträger zur Speicherung von Wind- und Sonnenstrom genutzt werden können.

Für ein umfassendes Modell zur Beschreibung der Reduktion und Oxidation von Eisen(oxid) müssen geeignete skalen- und komplexitätsreduzierte Ansätze (z. B. Reaktornetzwerke) betrachtet und entwickelt werden. In einem Reaktornetzwerk kann das Reaktorvolumen in funktionale Kompartments mit repräsentativen Konzentrationen, Temperaturen oder Mischungszuständen unterteilt werden. Die Kopplung idealer Strömungsreaktoren (Strömungsrohr, Rührkessel) kann z. B. zur Annäherung an das Verweilzeit- und Umsatzverhalten realer Prozesse genutzt werden. Die Kopplung erfolgt über den Austausch von z.B. Stoff- und Energieströmen. Am Fachgebiet STFS wurden Reaktornetzwerke bereits für die Simulation praxisnaher Verbrennungssysteme gasförmiger Brennstoffe angewendet, wobei ein eigens entwickeltes C++ Tool zum Einsatz kam.

Aufgabenstellung:

In Rahmen dieser studentischen Arbeit soll eine Erweiterung der Reaktornetzwerkmodellierung, d.h. ihrer idealen Strömungsreaktoren und deren Kopplung, für heterogene Kinetik durchgeführt werden. Diesbezüglich soll in einem ersten Schritt ein Verständnis der aktuellen Implementierung idealer Strömungsreaktoren, sowie die Identifikation notwendiger Erweiterungen für heterogene Kinetik erarbeitet werden. Folgend gilt es die notwendigen Änderungen in das bestehende Framework für Reaktornetzwerke zu integrieren und zu validieren. Als Anwendungsfall stehen

kinetische Daten aus dem Bereich der Feststoffverbrennung zur Verfügung.

Empfohlene Qualifikationen:

  • Interesse an strömungsmechanischen/thermodynamischen Prozessen
  • Grundlegende Kenntnisse im Bereich chemischer Reaktionskinetik
  • Grundlegende Kenntnisse in C/C++
Bild: Energy Fuels 2021, 35, 9, 7121-7132
Energy Fuels 2021, 35, 9, 7121-7132