Vergleichende Untersuchung von Rührwerksströmungen mit Hilfe dreidimensionaler CFD-Simulationen

Abstract

Mit Hilfe dreidimensionaler numerischer Simulationen werden Strömungen von Rührwerken, wie sie in Belebungsbecken kommunaler Kläranlagen auftreten, untersucht. Betrachtet werden Strömungsmerkmale von vier typischen Tauchrührwerken und deren Durchmischungseigenschaften. Die Simulationen sind mit der etablierten Software ANSYS-Fluent [9] für eine spezielle Testumgebung durchgeführt worden.
Als Grundlage für die Bewertung der Durchmischung des betrachteten Wasserkörpers werden am Einlass der Testumgebung masselose Partikel zugegeben. Die Güte der Durchmischung wird mit Hilfe der Partikelflussdichte analysiert.
Drei der untersuchten Rührwerke erzeugen einen stark fokussierten Strahl, der die Hauptfließrichtung vorgibt, jedoch eine Durchmischung des Wasserkörpers erheblich erschwert. Ein Rührwerk erzeugt eine andere Strömung, weil der Strahl unmittelbar im Abstrom des Propellers zusammenbricht und Verwirbelungen auftreten. Hier liegt eine deutlich bessere Durchmischung vor.
Es liegt ein Konflikt zwischen der gerichteten Strömung, der Durchmischung und dem Energieeintrag vor, da nicht alle Zielvorgaben gleichermaßen erfüllt werden können.