Theoretische Simulationen und experimentelle Validierungen
CFD in der Wasser- und Abwasserbehandlung
In der Wasser- und Abwasserindustrie ist das Verständnis der Strömungsdynamik nicht nur eine wissenschaftliche Übung, sondern eine Notwendigkeit. Das Gebiet der Strömungsmechanik ist ein komplexes Netzwerk aus Physik, mathematischen Modellen und realen Anwendungen. Da kommt Computational Fluid Dynamics (CFD) ins Spiel – ein entscheidendes Werkzeug, das die Art und Weise, wie wir reale Probleme der Strömungsmechanik lösen, verändert hat.
In den 1990er Jahren leitete die Gründung der Invent durch Dr.-Ing. Marcus Höfken die rigorose Anwendung der Strömungsmechanik in der Abwasserbehandlung ein. Mit Wurzeln am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen-Nürnberg unter der Leitung von Professor Dr. Franz Durst entstand Invent aus einer echten Leidenschaft für Strömungsmechanik, kombiniert mit einem streng wissenschaftlichen Ansatz.
Schon in den Anfangsjahren erkannte man das Potenzial der CFD-Simulationen und nutzte diese in Zusammenarbeit mit Hochschulen. Das Unternehmen gründete bald darauf eine eigene CFD-Abteilung, die sich rasch ausschließlich der Komplexität der Wasser- und Abwasserbehandlung widmete. Von der Modellierung von Rührwerken mit detaillierter CAD-Geometrie bis zu Multiphasen-Simulationen für belüftete Becken war Invent an vorderster Front tätig, indem es geltende Konventionen in Frage stellte und Standards anhob.
Strömungsgeschwindigkeitsfeld im SBR
Strömungs- und Belüftungsfeld im Oxidationsgraben
Eine bedeutende Herausforderung bleibt jedoch bestehen. Das Verhalten von biologischen Verbindungen im Abwasser kann nicht explizit innerhalb der Gleichungen der Strömungsmechanik modelliert werden. Hier spielt der numerisch-empirische Ansatz eine wesentliche Rolle. Durch die Verbindung von Theorie mit empirischen Daten stellen wir genaue Ergebnisse sicher, die auf realen Beobachtungen und Validierungen basieren. Die potenziellen Anwendungen von CFD in diesem Bereich sind vielfältig und erstrecken sich über Siebanlagen, hydraulische Dynamik, Wasserverteilung und darüber hinaus. Man denke an anoxische Tanks, Klärbecken, Oxidationsgräben, anaerobe Faulbehälter – CFD kann alles abdecken.
Resuspension von Belebtschlamm im Mischbehälter
Instrumente und Zusammenarbeit
Invent ist in Sachen CFD-Technologie immer auf dem aktuellen Stand. Die Software M- STAR, mit seinem Lattice-Boltzmann-Ansatz zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen, bietet fortschrittliche Turbulenzmodellierungstechniken wie Large Eddy Simulation. Es sind zeitgenaue dynamische Simulationen möglich und bieten einen beispiellosen Einblick in turbulente Phänomene. Turbulenz ist schließlich entscheidend für das Rühren. Je genauer Turbulenzen modelliert werden, desto besser sind die Vorhersagen im Zusammenhang mit der Vermischung, einem Eckpfeiler in den Prozessen der Abwasserbehandlung.
Dennoch liegt die eigentliche Stärke der CFD-Abteilung des Unternehmens nicht nur in ihren Software- und Hardware-Tools, sondern auch in ihrem anhaltenden Bestreben nach numerischer Validierung. Durch kontinuierlichen Vergleich von Simulationsergebnissen mit experimentellen Daten, entweder in Zusammenarbeit mit Hochschulen oder durch Vor- Ort-Experimente in Kläranlagen, stellt Invent die Präzision ihrer CFD-Simulationen sicher. Die beste CFD ist weit mehr als eine Simulation, sie beinhaltet auch kontinuierliche experimentelle Validierungen und Kalibrierungen unter Verwendung eines numerisch- empirischen Ansatzes.
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