Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Lebenslauf

Geburtsdatum:18.07.1987
Geburtsort:Lippstadt
Seit Nov 2013Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Hydraulische Strömungsmaschinen, Ruhr-Universität Bochum.
Mai 2012 -
Okt. 2013
Studentische Hilfskraft am Lehrstuhl für Thermische Turbomaschinen, Ruhr-Universität Bochum
Juli 2012 -
Okt 2013
M.Sc. Maschinenbau, Ruhr-Universität Bochum,Fachrichtung: Energie- und Verfahrenstechnik, Masterarbeit am Lehrstuhl für Thermische Turbomaschinen zum Thema: Untersuchung des Ablöseverhaltens von Drosselventilen in Entnahmemodulen von Dampfturbinen unter Berücksichtigung von vorhandenem Restdrall (Ergebnisse veröffentlicht)
Okt. 2008 -
Juli 2012
B.Sc. Maschinenbau, Ruhr-Universität Bochum, Fachrichtung: Energie- und Verfahrenstechnik, Bachelorarbeit bei der Fa. DÜCHTING PUMPEN Maschinenfabrik GmbH & Co. KG (Witten) in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Thermische Turbomaschinen zum Thema: Bestimmung des hydraulischen Wirkungsgrades einer Radialpumpe mittels numerischer Strömungssimulation


Arbeitsgebiete

  • 3D-Simulation ein- und mehrphasiger Strömungen in Kreiselpumpen
  • Untersuchung der Förderung luftbeladener Flüssigkeiten
  • Analyse der Wirkmechanismen des Förderhöheneinbruchs bei der Förderung luftbeladener Flüssigkeiten

Forschungsthema

Numerische Simulation der Strömung luftbeladener Flüssigkeiten in Kreiselpumpen.

automatische Worttrennung mit hyphens

Problemstellung
Üblicherweise werden Pumpen für die Förderung von reinen Flüssigkeiten ausgelegt. Häufig werden jedoch keine reinen Flüssigkeiten sondern Mehrphasengemische gefördert, bei denen aus wirtschaftlichen Gründen eine Trennung möglichst zu vermeiden ist. Beispiele für die Förderung eines Mehrphasengemisches sind die Förderung von Erdöl, die Papierindustrie sowie diverse verfahrenstechnische Prozesse u.a. Gärungsprozesse. Bei der Förderung von gasbeladenen Strömungen in Kreiselpumpen kann es bereits bei einem geringeren Gasvolumengehalt zu einer starken Beeinträchtigung des Förderverhaltens kommen. Die Art der Beeinträchtigung hängt von konstruktiven Gegebenheiten der Pumpe sowie der Anlage als auch der Gasblasenstruktur ab. In der Regel bricht die Förderhöhe der Kreiselpumpe, besonders stark bei radialer Bauart, bei wenigen Volumen Prozenten Gasbeladung, deutlich ein. Der Förderhöheneinbruch wird durch eine Akkumulation des Gases infolge einer Separierung der Phasen im Schaufelkanal bewirkt.
Die bisherigen Versuche den Förderhöheneinbruch in Abhängigkeit vom Gasgehalt in einer Kreiselpumpe durch numerische Simulationen zu erfassen haben gemeinsam, dass sie deutliche Abweichungen zwischen dem vorausberechneten und dem experimentell bestimmten Förderhöhenabfall zeigen. Die Ursache wird in der in vergangenen Untersuchungen nicht ausreichend genau modellierten Blaseninteraktion (Break-up und Koaleszenz) vermutet.

Ziele
Das Ziel der Forschungsarbeit ist es, die Betriebsgrenzen von Kreiselpumpen bei Förderung eines Zweiphasengemisches (Wasser und Luft) auch mit hohen Gasvolumenanteil präziser vorauszuberechnen und ein detailliertes Verständnis der Wirkmechanismen des Förderhöheneinbruchs zu generieren, welches Voraussetzung zur Optimierung vorhandener und neuer Kreiselpumpen bezüglich der Gemischförderung ist.

Methode
Zur numerischen Simulation der gasbeladenen Strömung in einer Kreiselpumpe wird ein kommerzieller Strömungslöser (ANSYS CFX) mit etablierten Simulationsmethoden aus der Verfahrenstechnik verwendet. Die Simulationsmethoden umfassen die Verwendung von Populationsmodellen (z.B. MUSIG), welches die Modellierung der Blasenkoaleszenz sowie des zerfalls ermöglicht. Vorab erfolgt eine Adaption der Methoden für die Strömung in Kreiselpumpen sowie eine ausführliche Validierung anhand experimenteller Messdaten.

Ergebnisse
Mit herkömmlichen Simulationsmethoden (ohne Populations-, Koaleszenz und Zerfallsmodell) konnten wir bis zu einer Eintrittsgasvolumenfraktion von 3 % eine qualitativ gute Übereinstimmung der berechneten und der experimentell bestimmten Förderhöhe erzielen. Bei größeren Eintrittsgasvolumenfraktionen ist keine qualitative Übereinstimmung der Förderhöhe zu erkennen. Die Akkumulation des Gases im Schaufelkanal wird von der numerischen Strömungssimulation für alle Eintrittsgasvolumenfraktionen an einer “inkorrekten“ Position im Schaufelkanal vorausberechnet. Das Gas sammelt sich nicht in der Nähe der Vorderkante an der Schaufeldruckseite an, wie es durch experimentelle Messungen [Kec96] zu erwarten ist. Im Vergleich dazu konnten wir bei Verwendung des Populationsmodells (MUSIG) eine Akkumulation des Gases an der experimentell ermittelten Position auf der Druckseite der Schaufel im Bereich der Vorderkante beobachten. Diese Beobachtung deutet auf polydisperse Effekte im Laufrad und damit auf die Notwendigkeit von Koaleszenz- und Zerfallsmodellen hin.

Industrieprojekte

  • Optimierung des fluiddynamischen Verhaltens von Einschaufelpumpen

Lehre

  • Grundlagen der Hydraulischen Strömungsmaschinen und Anlagen (2014,2015)
  • Lehrkoordination am HSM inklusive der Master-Vertiefungsrichtung „Strömungsmaschinen“ (2014,2015)
  • Unterstützung bei der Veranstaltung Grundlagen der Strömungsmechanik (2014,2015,2016)

Weitere Tätigkeiten am Lehrstuhl

  • IT Administration Windows

Veröffentlichungen

automatische Worttrennung mit hyphens

Melzer, S., Müller, T. und Skoda, R. (2017). Experimentelle und Numerische Untersuchungen von Einschaufelpumpen. Kolloquium Fluidenergiemaschinen, 02./03. März, Siegen, Deutschland.

Müller, T. und Skoda, R. (2016). 3D Liquid-Gas Flow Simulations of a Radial Pump with an Eulerian Mono-Dispersed Two-Phase Model. Proceedings of the 3rd International Rotating Equipment Conference (IREC), Düsseldorf, Deutschland.

Müller, T., Limbach, P. und Skoda, R. (2016). Influence of Geometry Simplifications and Numerical Parameters in 3D RANS Liquid-Gas Flow Simulations of a Radial Pump with an Eulerian Mono-Dispersed Two-Phase Model. Proceedings of the 16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC), Honolulu, Hawaii, USA. Link

Müller, T. und Skoda, R. (2016). Einfluss geometrischer Vereinfachungen und numerischer Parameter auf die numerische Vorausberechnung der Förderhöhe bei der Förderung gasbeladener Flüssigkeiten in einer radialen Kreiselpumpe. Kolloquium Fluidenergiemaschinen, 03./04. März, Dortmund, Deutschland.

Limbach, P., Müller, T., Blume, M. und Skoda, R. (2016). Numerical and experimental investigation of the cavitating flow in a low specific speed centrifugal pump and assessment of the influence of surface roughness on head prediction. Proceedings of the 16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC), Honolulu, Hawaii, USA. Link

Müller, T., Limbach, P. und Skoda, R. (2015). Numerical 3D RANS simulation of the Gas-Liquid flow in a centrifugal pump with an Euler-Euler two-phase model and a dispersed phase distribution. Proceedings of 11th European Conference on Turbomachinery, Madrid, Spanien. Link

Müller, T. und Skoda, R. (2015). Numerische Vorausberechnung der Förderhöhe bei der Förderung gasbeladener Flüssigkeiten in einer radialen Kreiselpumpe. Kolloquium Fluidenergiemaschinen am 12./13. März, Braunschweig, Deutschland.

Limbach, P., Müller, T. und Skoda, R. (2015). Application of a Compressible Flow Solver and Barotropic Cavitation Model for the Evaluation of the Suction Head in a Low Specific Speed Centrifugal Pump Impeller Channel. Proceedings of 9th International Symposium on Cavitation. Lausanne, Schweiz. Link

Schramm, A., Müller, T., Polklas, T., Brunn, O. und Mailach, R. (2014). Unsteady Flow in Extraction Modules of Industrial Steam Turbines. ASME Paper No. GT2014- 25394, ASME Turbo Expo, 16.-20. Juni, Düsseldorf, Deutschland. Link

Schramm, A., Müller, T., Polklas, T., Brunn, O. und Mailach, R. (2014). Improvement of Flow Conditions for the Stages subsequent to Extraction Modules in Industrial Steam Turbines. ASME Paper No. GT2014- 25390, ASME Turbo Expo, 16.-20. Juni, Düsseldorf, Deutschland. Link





M. Sc. Tim Müller


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