Validierung: Strömung, Filtrationseffizienz und elektrostatischen Effekten in komplexen Filtermedien
Validierung: FilterDict und FlowDict
Die Validierung der GeoDict-Filtrationssimulationen wurde im Rahmen des ElekSim-Projekts in Zusammenarbeit mit dem Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. (IUTA) durchgeführt. In dieser Studie wurden Filterproben mit unterschiedlichen Geometrien, Formen und Abmessungen untersucht, um die Vorhersagegenauigkeit von GeoDict für realistische Filtermedien zu bewerten.
Validierung elektrostatischer Effekte in Filtermedien
In dieser Validierung werden die Ergebnisse für Probe A dieser Studie vorgestellt. Die 3D-Geometrie dieser Probe ist auf der linken Seite von Abbildung 1 dargestellt.
Als erster Validierungsschritt wurden die Navier-Stokes-Strömungssimulationen mit entsprechenden Messungen der Luftdurchlässigkeit verglichen. Dabei wurde bestätigt, dass GeoDict den Strömungswiderstand der untersuchten Filterstrukturen präzise vorhersagen kann. Der experimentell bestimmte Wert der Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa betrug 1300 ± 250 L/(m²·s), während das Simulationsergebnis auf dem Ausschnitt des segmentierten CT-Scans bei 1510 L/(m²·s) lag. Damit zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation.
Auf Grundlage der validierten Strömungsfelder wurden anschließend Simulationen der Filtrationseffizienz sowohl für die physikalische Filtration als auch für elektrostatische Filtrationseffekte durchgeführt. Die physikalische Filtration wurde dabei nach Entladung der Filtermedien in Isopropanol experimentell bestimmt, während die elektrostatischen Effekte mit geladenen Fasern untersucht werden. Die von GeoDict vorhergesagten Filtrationseffizienzen zeigten sowohl für ungeladene Filtermedien (siehe Abbildung 1) als auch für geladene Filtermedien (siehe Abbildung 2) eine gute Übereinstimmung mit den entsprechenden experimentellen Messungen. Dies zeigt, dass die Software sowohl mechanische als auch elektrostatische Partikelabscheidemechanismen zuverlässig erfassen kann.
Die erfolgreiche Validierung sowohl der Luftdurchlässigkeit als auch der Filtrationseffizienz für verschiedene Strukturtypen bestätigt die Robustheit und Zuverlässigkeit des GeoDict-Modellierungsansatzes und zeigt dessen Eignung als effektives Werkzeug für die virtuelle Auslegung und Optimierung fortschrittlicher Filtrationssysteme.
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