Mit dem Projekt „Modellierung des Materialverhaltens von Suspensionen im Übergangsbereich zwischen fluidem und granularem Verhalten (Mischparameter)“ wurden Materialmodelle für Frischbeton in der Strömungsmechanik (CFD) entwickelt.

Bild Strömungssimulation von Frischbeton

CFD-Simulation eines Suspensionsmischers mittels CFD und dem Simulationsmodell aus dem Projekt „Mischparameter“

Projekt Mischparameter – Strömungssimulation von Frischbeton

Modellierung des Materialverhaltens von Suspensionen im Übergangsbereich

Das Ziel des Forschungsprojekts „Mischparameter“ war die Entwicklung von Materialmodellen für Frischbeton in der Strömungsmechanik (CFD). Dabei sollte die Heterogenität des Frischbetons im Simulationsmodell berücksichtigt werden, um somit lokale Unterschiede des Betons im Prozess z. B. durch Entmischung abzubilden. Dies ist z. B. relevant in Pumpprozessen, bei denen sich im Außenbereich des Rohrs eine Gleitschicht bildet, die andere Eigenschaften hat als der Beton im mittleren Bereich des Rohres. Auch bei Mischprozessen kann durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Mischwerkzeuge eine (ungewollte) Entmischung der unterschiedlichen Bestandteile erfolgen.

Realitätsnahe Simulation der Verarbeitungs- und Transportprozesse

Durch das neue entwickelte Modell ist es möglich, solche Verarbeitungs- und Transportprozesse von Frischbeton realitätsnäher zu simulieren und somit die Auslegung der involvierten Abläufe und Maschinen zu analysieren und zu optimieren. Ein wesentliches Augenmerk bei der Entwicklung der Materialmodelle lag darin, den Berechnungsaufwand möglichst gering zu halten. Daher wurde ein integraler Ansatz gewählt, bei dem die Verteilung der einzelnen Phasen (Zementleim und Gesteinskörnungen) über eine skalare Transportgleichung berechnet wird. Die lokalen rheologischen Eigenschaften (Viskosität und Fließgrenze) des Frischbetons hängen dabei von der Zusammensetzung im Berechnungsgebiet ab. Die Kombination von höherer Genauigkeit und Realitätsnähe der Berechnungsergebnisse sowie geringfügig erhöhtem Rechenbedarf im Vergleich zu Standard-Simulationsmodellen der CFD macht das Simulationsmodell für KMUs interessant, die suspensionsverarbeitende Maschinen entwickeln und auslegen möchten. Im Rahmen des Projekts wurde das Simulationsmodell erfolgreich entwickelt und dessen Leistungsfähigkeit anhand von Rohrströmungen und Mischprozessen überprüft.

Bild Rohrströmung beim Projekt Mischparameter

CFD-Simulation einer Rohrströmung mittels CFD und dem Simulationsmodell aus dem Projekt „Mischparameter“

Das IGF-Vorhaben 19329 BR/1 der Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wurde über die AiF-Mitgliedsvereinigung im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.


Der ausführliche Abschlussbericht kann auf Nachfrage über die u. g. Kontaktdaten zugesendet werden.


Ansprechpartner

Dr.-Ing. Knut Krenzer
+49 (0) 3643 8684-157
+49 (0) 3643 8684-113
k.krenzeriab-weimar.de

Projektpartner

► Ammann Elba Beton GmbH
► BHS-Sonthofen GmbH
► GERTEC GmbH
► KNIELE Baumaschinen GmbH
► Liebherr-Mischtechnik GmbH
► MAT Mischanlagentechnik GmbH
► Putzmeister Engineering GmbH