Numerische Simulation und experimentelle Validierung der Strömung in einem Filterkasten

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Strömungssimulation in einem Filterkasten. In diesen Kasten wird Luft mittels eines Ventilators zugeführt. Im Filterkasten wird die Luft vergleichmäßigt und verlässt den Kasten durch einen Sterilfilter. Es wird gefordert, dass die Luft möglichst gleichmäßig aus dem Filter austritt, um definierte Bereiche gleichmäßig mit Luft zu überströmen. Um eine lange Lebensdauer des Filters zu gewährleisten, ist eine homogene Anströmung des Filters vorteilhaft. Dies ist jedoch in vielen Fällen nicht möglich, da die geometrische Beschaffenheit eines Filterkastens diese Eigenschaften nicht zulässt. Aus diesem Grund wurden unterschiedliche Einbauten im Filterkasten untersucht, die die oben beschriebenen Probleme vermeiden, beziehungsweise verbessern sollten. Unter das Zuluftrohr in den Filterkasten wurden in einem definierten Abstand Lochbleche sowie ein Leitblech eingebaut. Für Anwendungen in der Praxis reicht die Fläche eines Filters oft nicht aus, um die gewünschte Fläche einer Schutzatmosphäre zu erzielen. Daher werden mehrere Filter nebeneinander angeordnet. Durch den baulich bedingten Abstand zwischen den Filtern entsteht zwischen den Filterkästen ein Totgebiet der abströmenden Luft. Es wird versucht, mit Hilfe der Einbauten, das Geschwindigkeitsprofil so zu beeinflussen, dass dieses Strömungstotgebiet minimiert wird.<br />Die unterschiedlichen Einbauten werden mittels einer CFD (Computational Fluid Dynamics)-Simulation miteinander verglichen. In Fluent wurden alle Einbauvarianten mittels stationärer Simulation untersucht, um festzustellen, welches Design die gewünschten Ergebnisse liefert.<br />Es stellte sich heraus, dass ein rundes Lochblech in einem bestimmten Abstand unter dem Zuluftrohr angeordnet, die vielversprechendsten Ergebnisse lieferten.<br />Mit der Herstellung eines realen Filterkastens aus Acrylglas wurden die Erkenntnisse aus der Berechnung überprüft. Dabei wurde nur die Variante ohne Einbauten und die mit dem runden Lochblech untersucht. Auch das Geschwindigkeitsprofil unterhalb der Filterfläche, welche durch Messung ermittelt wurde, wurde mit den Berechnungen verglichen.