Beitrag zur numerischen und experimentellen Untersuchung des Schall- und Strömungsfeldes bei der Klärschlammdesintegration mit Ultraschall

Die Klärschlammdesintegration mit Leistungsultraschall ist ein auf kommunalen Kläranlagen eingeführtes Verfahren zur Effizienzsteigerung der anaeroben Schlammstabilisierung. Die zugrunde liegenden Prozesse innerhalb des Desintegrationsapparates, das Schall- bzw. Kavitations- und das Strömungsfeld, waren bisher nicht Gegenstand von Untersuchungen. Insbesondere das Strömungsfeld entzieht sich durch die Opazität und die inhomogenen Eigenschaften von Klärschlämmen dem experimentellen Zugang, so dass eine numerische Simulation notwendig ist. In diesem Buch werden Modellgleichungen vorgestellt, die sowohl das Schallfeld in einen nichtnewtonschen, fließenden und inhomogenen Medium unter Kavitationseinfluss beschreiben als auch Modelle aus experimenteller und theoretischer Prozessanalyse gefunden, die das Strömungsfeld charakterisieren. Eine modifizierte Helmholtz-Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten zur Schallfeldsimulation, ein Kopplungsvektor zwischen Schall- und Strömungsfeld sowie die Aufstellung der Bilanzgleichungen für ein nichtnewtonsches Fluid mit dem Ostwald-deWaele-Ansatz und experimentell ermittelten Gleichungen für den Kavitationseinfluss wurden für eine geschlossene Formulierung des Problems genutzt. Eine experimentelle und qualitative Verifikation der simulierten Ergebnisse wird vorgestellt.