ITWM bietet simulationsbasierte Lösungen für Filtrati-onsanwendungen
(PresseBox) - Filter werden in vielen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens eingesetzt. Sie schützen Menschen vor toxischen oder allergenen Stoffen und erhalten die Funktionsfähigkeit von Maschinen. Vor allem müssen Filter an ihren jeweiligen Einsatzbereich angepasst sein. Reinraumfilter müssen selbst kleinste Staubpartikel aus der Luft filtern, Ölfilter hingegen müssen im Hinblick auf den Differenzdruck weitaus durchlässiger sein. Für jede Filtrationsanwendung existiert also eine ganz spezifische Lösung.
Konventionell werden Prototypen konstruiert und getestet. Dies ist sehr zeit- und kostenaufwändig, da sowohl die Filtereffizienz als auch die Aufnahmekapazität von Filtern durch das komplexe Zusammenspiel vieler Faktoren bestimmt werden. Zu den Faktoren zählen beispielsweise die physikalisch-chemischen und geometrischen Eigenschaften der Einzelfasern, die geometrische Anordnung der Fasern im Filtergewebe, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Flüssigkeit sowie Größe, Masse und Form der zu filternden Partikel.
Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern entwi-ckelte seit 2001 die Software GeoDict. GeoDict berücksichtigt die wichtigen Filterparame-ter und ermittelt die Partikelfiltrationseigenschaften einer Mikrostruktur virtuell. Die Mik-rostruktur, die das Filtermedium in der Simulation repräsentiert, kann entweder virtuell erzeugt und nach Belieben im Computer verändert oder aus der Rekonstruktion von drei-dimensionalen Computertomografien realer Filter gewonnen werden. Die Strömung von Gasen oder Flüssigkeiten durch das Filtermedium wird mit GeoDict, das gezielt für kom-plexe Materialstrukturen entwickelt wird, berechnet. Das Modul FilterDict berücksichtigt die unterschiedlichen Filtrationsmechanismen für große und kleine Partikel und berechnet Filtereffizienzen, Partikeldurchmesser, Verteilung der Schmutzbeladung des Filters sowie das Verstopfen des Filters durch große Teilchen. Damit können nach einer Kalibrierungsphase Oberflächenfiltration und Tiefenfiltration im Detail ohne aufwändige experimentelle Tests untersucht werden. Seit Januar 2013 wird GeoDict von der Math2Market GmbH, einer Ausgründung des Fraunhofer ITWM, weiterentwickelt und vermarktet.
Seit 2002 entwickelt das Fraunhofer ITWM Modelle und numerische Methoden, die Ingenieure bei der Auslegung von Filterelementen unterstützt. Diese Kenntnisse und Erfahrungen sind nun in FiltEST, der Filter Element Simulation Toolbox, gebündelt worden. FiltEST versetzt die Entwickler von Filterelementen in die Lage, frühzeitig und zuverlässig Qualität und Leistungsfähigkeit eines Designs einzuschätzen. Die Software beinhaltet u.a. Module zum Importieren von CAD-Geometrien und Berechnungsmodule für die Vorhersage des Strömungsfeldes sowie der Filtrationseffizienz des Bauteils im Betrieb. Die Simulationser-gebnisse werden in Datenformate für die effektive 3D-Visualisierung und weitere Post-Processing-Schritte exportiert.
GeoDict und FiltEST können auch miteinander gekoppelt eingesetzt werden, so dass die Simulation von Filtrationsprozessen auch das komplexe Zusammenspiel von Effekten auf der Mikro- und der Makroskalenebene widerspiegelt. GeoDict und FiltEST sind deshalb wesentliche Schritte in Richtung des virtuellen Designs von Filterelmenten und -medien. Auf der »Filtech 2013« in Wiesbaden (22. - 24. Oktober ) präsentiert das Fraunhofer ITWM diese und viele andere Entwicklungen auf dem Gebiet der Filtration und Separation am Stand A12 - Halle 1.
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Datum: 17.10.2013 - 14:58 Uhr
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