Die Herausforderung bei der Filtration von Tröpfchen ist die Kombination unterschiedlicher Prozessschritte bestehend aus dem Auftreffen der Tropfen auf den Fasern, der Bildung von Fluidfilmen durch Koaleszenzvorgänge sowie des Ablauf- bzw. Ablöseverhaltens. Bedingt durch die Wechselwirkungen der einzelnen Mechanismen ist die Vorhersage des Gesamtabscheide- als auch des Druckverlustverhaltens anspruchsvoll. Insbesondere bei Anwendungen mit hohen Abscheideraten werden Kombinationen unterschiedlicher Lagen von Fasern und Stützgittern verwendet, die die oben beschrieben Aufgaben leisten müssen. Durch unterschiedliche Porenweiten, Faserstrukturen als auch Benetzungsverhalten (hydrophil/hydrophob, oleophil/oleophob) ergeben sich unzählige Kombinationen. Durch die Temperaturabhängigkeit der Materialparameter und überlagerten mechanischen Einwirkungen (Vibrationen) ergeben sich weitere Freiheitsgrade in der Auslegung und Anwendung der Systeme. Im Rahmen des Projektes wird eine numerische Betrachtung das Verhalten von Koaleszenzfiltern ausgehend von Einzelfaseruntersuchungen durchgeführt. Dabei soll das Ablöseverhalten sowie das Koaleszenz- und Bewegungsverhalten als Funktion der Betriebsparameter, Materialdaten und unterschiedlicher mechanischer Schwingungsanregungen mit Hilfe dimensionsloser Kennzahlen angegeben werden.

Für die numerische Simulation wird eine Overset-Mesh Methode zur Modellierung der mechanischen Schwingung der Faser mit der Volume of Fluid Methode zur Modellierung des Tropfens gekoppelt. Ergebnisse einer solchen Simulation sind in Abbildung X dargestellt, wo sie mit Ergebnissen aus Experimenten verglichen werden.

We gratefully acknowledge that this project was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – DFG/499469405.

Abbildung X: Vergleich Experiment und Simulation Tropfen auf Faser (ref:Experimental and Numerical Investigation of Droplet-Fibre Interaction on mechanically excited fibre, Physics of Fluids 36, 2024, https://doi.org/10.1063/5.0188784 )