Modellierung und Simulation eines Pufferbehälters mit Luftumwälzung zur Durchmischung einer Sprengstoff-Wasser Suspension mit OpenFOAM

Die vorliegende Abschlussarbeit befasst sich mit der numerischen Strömungssimulation eines Pufferbehälters für eine Sprengstoff-Wasser Suspension mit einer Luftumwälzung. Der Pufferbehälter ist Teil eines Forschungsvorhabens zur Entwicklung und Erprobung eines robotischen Unterwasser-, Bergungs- und Entsorgungsverfahrens für Munition im Meer: RoBEMM. Hierbei sollen die Kampfmittel unter Wasser aufgeschnitten und der Sprengstoff herausgespült werden. Danach erfolgt die Überführung des Sprengstoffs in eine Sprengstoff-Wasser Suspension. Diese vermindert die Massendetonationsfähigkeit des Sprengstoffes und erhöht somit die Handhabungssicherheit. Damit sich diese Suspension nicht voneinander trennt, soll ein Pufferbehälter zur Durchmischung der Suspension mit Luft eingesetzt werden. Neben den grundlegenden Themen der numerischen Strömungssimulation wie den Navier-Stokes Gleichungen oder der Mehrphasenströmung betrachtet diese Arbeit potenzielle Pufferbehälterkonzepte. Darüber hinaus wird die Open Source Software OpenFOAM vorgestellt. Um die strömungsmechanischen Teilgebiete einzeln modellieren zu können, werden zunächst vereinfachte Simulationen durchgeführt. Diese Simulationen zeigen die Sedimentation von Sprengstoff in Wasser in einer 2D-Umgebung und dessen Validierung mittels eines Versuchs über die Sedimentation in einer 3D-Umgebung bis hin zu einer Dreiphasenströmung in einer 2D-Umgebung. Zum Schluss werden die einzelnen Pufferbehälterkonzepte mittels einer technischen Wertigkeit gegeneinander bewertet und davon abhängig das finale Simulationsmodell erstellt. Dabei sollen sowohl die Dreiphasenströmung als auch die Sedimentation implementiert werden.

The objective of this master's thesis is a computational fluid dynamic simulation of a storage tank for a water-explosive suspension with an air circulation. This tank is part of the research project called RoBEMM. The project's goal is to develop a concept for an automatic underwater salvage and recycling process for unexploded ordnances (""UXO""). The explosives is flushed out of the UXO and transferred into a water-explosive suspension to decrease the ability of detonation. To avoid the settling of the suspension, the system implementation includes air circulation. Besides the description of computational fluid dynamic fundamentals and the open source software OpenFOAM, different technical tank concepts are highlighted in this thesis. To model all branches of the fluid dynamics separately, simpler simulations are implemented with the sedimentation in 2D and 3D, followed by simulations of multiphase flows. All the tank concepts are rated to finalize the simulation model. This model should include adjacent to the tank geometry, the multiphase flow, and the sedimentation. The objective of this master's thesis is a computational fluid dynamic simulation of a storage tank for a water-explosive suspension with an air circulation. This tank is part of the research project called RoBEMM. The project's goal is to develop a concept for an automatic underwater salvage and recycling process for unexploded ordnances (""UXO""). The explosives is flushed out of the UXO and transferred into a water-explosive suspension to decrease the ability of detonation. To avoid the settling of the suspension, the system implementation includes air circulation. Besides the description of computational fluid dynamic fundamentals and the open source software OpenFOAM, different technical tank concepts are highlighted in this thesis. To model all branches of the fluid dynamics separately, simpler simulations are implemented with the sedimentation in 2D and 3D, followed by simulations of multiphase flows. All the tank concepts are rated to finalize the simulation model. This model should include adjacent to the tank geometry, the multiphase flow, and the sedimentation.