Modellierung und experimentelle Untersuchung der Permeabilität von Pulverschüttungen

Kurzfassung

Bei der Entwicklung neuer effizienter Speichertechnologien werden gegenwärtig reversible Gas-Feststoff-Reaktionssysteme als thermochemische Energiespeicher untersucht. Dabei hat sich unter anderem der Stofftransport durch die Feststoff-Schüttung als limitierend für die Reaktionsgeschwindigkeit erwiesen. In dieser Arbeit wird deshalb die Gaspermeabilität von Pulverschüttungen experimentell untersucht und in einem Modell simuliert. Zu diesem Zweck werden die Druckdifferenzen über verschiedene Betthöhen mit verschiedenen Materialien und Randbedingungen experimentell bestimmt. Auf Basis von Referenzwerten für die hydraulischen Durchlässigkeiten zweier Materialien unterschiedlicher Permeabilität wird ein Strömungsmodell optimiert, welches die experimentellen Ergebnisse nachbildet. Dieses Modell soll die Kompressibilität des Gases sowie die Druckabhängigkeit der effektiven Gaspermeabiliät unter Beachtung des Klinkenberg-Effekts berücksichtigen. Das optimierte Modell wird unter Verwendung des Parameteroptimierungs-Tools PEST zur Ermittlung der unbekannten Druckabhängigkeiten und intrinsischen Permeabilitäten herangezogen. Die bei Raumtemperatur durchgeführten Messungen können mit dem Modell hinreichend genau nachgebildet werden. Durch die Implementierung der druckabhängigen Permeabilität können die Abweichungen der Simulationsergebnisse von den Messergebnissen im Vergleich zu einer konstanten Permeabilität deutlich verkleinert werden.