Opis projektu
Walka z zagrożeniem dotyczącym wybuchu i zapalania się proszków
Ponad 70 % proszków przetwarzanych w zakładach przemysłowych jest łatwopalnych. Ewentualny wybuch i zapalenie się tych materiałów pociąga za sobą znaczne ryzyko nie tylko strat finansowych, ale także obrażeń i ofiar śmiertelnych wśród ludzi. Nawet mąka i pył zbożowy potrafią być przyczyną katastrofalnych w skutkach wybuchów w młynach, często w wyniku wyładowań elektrostatycznych. Dużym wyzwaniem pozostaje jednak scharakteryzowanie i ilościowe określenie tempa przepływu proszków. Finansowany przez UE projekt PowFEct wykorzystuje pierwsze w historii symulacje łączące mechanikę płynów, naukę o powierzchni i elektrostatykę, ujawniając, że różne mechanizmy przepływu decydują o szybkości gromadzenia się ładunku w proszku. Obecne prace znacząco pogłębią naszą wiedzę w tej dziedzinie dzięki szeregowi eksperymentalnych i teoretycznych metodologii, które pozwolą na opracowanie modelu teoretycznego i otwartego narzędzia wspierającego bezpieczniejsze przetwarzanie proszków w różnych zastosowaniach przemysłowych.
Cel
The electrification of powder flows is one of the most pervasive phenomena in environmental processes and of tremendous importance for technical applications. In industrial plants, excessive electrostatic charges can even lead to hazardous sparks, which have caused numerous catastrophic dust explosions in the past. However, despite its long history of investigation, it is not currently possible to predict the buildup, transport, and accumulation of charge.
Starting from 2015, I developed a numerical approach with the important capability to couple the involved scientific disciplines – fluid mechanics (turbulent carrier flow), surface science (triboelectric particle charging), and electrostatics (forces between charges). The first ever fully-resolved simulations revealed that the occurrence of distinct physical flow mechanisms determines the charging rate of powder. This knowledge opens a new way to control the electrification through triggering these mechanisms and, thus, to solve the problem finally. To this end, this proposal aims to develop a novel interdisciplinary computational tool. This task includes establishing several new numerical concepts, such as a single-particle charging model. Beyond the state-of-the-art single-particle and powder flow electrification experiments which both employ innovative measurement methodologies will support the theoretical efforts. The proposed test set-ups will bring about a paradigm shift by quantifying, for the first time, reproducible, facility independent data, tailored specifically to complement the model formulation.
The successful project will provide an open-source tool that enables the prediction, evaluation, and limitation of electrostatic charges. To this respect, the research aims not only to prevent accidents in industrial facilities but also to understand the physics of other kinds of electrifying powder flows and to solve a long-standing scientific riddle.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
38116 Braunschweig
Niemcy