Vergleichende Untersuchung von Rührwerksströmungen mit Hilfe dreidimensionaler CFD-Simulationen

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, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu ermöglichen. 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 gleichmäßige Verteilung der Partikel in der Fläche orthogonal zur Hauptfließrichtung 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, da mehr Partikel quer zur Strahlrichtung transportiert werden. Zudem zeigt sich, dass eine gute Durchmischung nicht unbedingt auf eine hohe Motor-Nennleistung oder eine hohe Drehzahl zurückzuführen sind. Die Propellerform scheint einen größeren Einfluss auf die Durchmischung zu haben. Es liegt ein Konflikt zwischen einer gerichteten Strömung, einer guten Durchmischung und einem wirtschaftlichen Energieeintrag vor, da nicht alle Zielvorgaben gleichermaßen erfüllt werden können.