Einleitung
Zur Charakterisierung der Trocknungsprozesse poröser Medien ist die Kenntnis der mikroskopischen Struktur und deren Einfluss auf den Trocknungsverlauf von besonderer Bedeutung.
In der Textil-, Bau- und Papierindustrie, sowie in der Medizin und in der Pharmazie findet die Trocknung poröser Stoffe Anwendung.
Poröse Medien zeichnen sich durch eine Hohlraumstruktur in einer Feststoffmatrix aus. Dabei können die Hohlräume ganz oder teilweise miteinander verbunden sein und werden so vor allem für Gase zur Trocknung von außen zugänglich.
Eine wichtige Aufgabe ist die quantitative Beurteilung dieser Hohlraumstruktur, die durch sogenannte Porennetzwerke dargestellt werden können. Dazu wird der Begriff der Porosität
eingeführt, welcher das Verhältnis des Hohlraumvolumens zum Gesamtvolumen beschreibt. Häufig werden hierzu regelmäßige Gitter als Netzwerke verwendet. Der Leerraum des porösen
Mediums wird durch miteinander verbundene Einzelporen repräsentiert. Die Poren können beliebige Formen haben (z.B. zylindrisch oder quaderförmig). Die Besonderheit für die Verwendung von Porennetzwerken für die quantitative Beschreibung ist somit die Auswahl der geometrischen Parameter, wie Größe und Ort der Poren und deren Verbindungen [1].
Der Durchmesser einer jeden Pore wird gemäß einer vorgegebenen Porengrößenverteilung gewählt.
Bei Trocknungsvorgängen wird eine Flüssigkeit, die aus einer oder mehreren Komponenten bestehen kann, aus der Porenstruktur verdampft und somit durch Kombination von Wärmeund Stofftransport aus der Porenstruktur des zu trocknenden Stoffes entfernt. Dabei schwindet
die Feuchtigkeit aus dem zu trocknenden Gut durch Zerstörung der entsprechenden Feuchtigkeitsbindung.
[...]
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Mathematische Vorbetrachtungen und Modelle
- 2.1 Der Algorithmus nach Hoshen und Kopelman
- 2.2 Die Normalverteilung nach Gauß
- 2.3 Die Monte-Carlo - Methode
- 3 Einordnung der Arbeit in vorhergehende Modelle über die Trocknung von Porennetzwerken
- 4 Thermodynamik der Trocknung
- 4.1 Transportvorgänge in Kapillaren
- 4.2 Berechnung der Dampfdiffusion
- 4.2.1 Allgemeine Grundlagen
- 4.2.2 Anwendung auf die vorliegenden Porennetzwerke und Rolle der Grenzschicht
- 4.3 Die Trocknung kapillarporöser Güter
- 5 Porennetzwerkmodelle
- 5.1 Datenstrukturen zur Beschreibung der Netzwerke
- 5.2 Porennetzwerke und deren Porosität
- 5.3 Porenradienverteilung
- 6 Trocknungssimulationen
- 6.1 Trocknungssimulationen der Netzwerke mit der Koordinationszahl 4
- 6.1.1 Interpretation der Trocknungskurven
- 6.1.2 Trocknungssimulationen der Netzwerke mit der Koordinationszahl 3
- 6.1.3 Trocknungssimulationen der Netzwerke mit der Koordinationszahl 6
- 6.2 Mathematische Modellierung
- 6.2.1 Normierte Trocknungskurven
- 6.2.2 Monte Carlo - Simulation
- 6.1 Trocknungssimulationen der Netzwerke mit der Koordinationszahl 4
- 7 Zusammenfassung und Schlussfolgerung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht den Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten regulärer Porennetzwerke. Ziel ist es, durch Simulationen ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zu entwickeln und die Vorhersagbarkeit des Trocknungsverhaltens zu verbessern.
- Einfluss der Koordinationszahl auf die Trocknungsgeschwindigkeit
- Modellierung des Trocknungsprozesses in Porennetzwerken
- Anwendung mathematischer Methoden (Monte-Carlo-Simulation)
- Analyse von Trocknungskurven
- Vergleich verschiedener Koordinationszahlen
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in das Thema der Arbeit ein und beschreibt die Bedeutung der Trocknung von porösen Materialien. Es wird die Relevanz der Koordinationszahl für das Trocknungsverhalten hervorgehoben und die Ziele der Arbeit definiert. Die Einleitung liefert den notwendigen Kontext für die folgenden Kapitel und unterstreicht die Forschungslücke, die diese Arbeit zu schließen versucht.
2 Mathematische Vorbetrachtungen und Modelle: In diesem Kapitel werden die mathematischen Grundlagen und Modelle vorgestellt, die für die Simulationen im späteren Verlauf der Arbeit verwendet werden. Es wird detailliert auf den Algorithmus nach Hoshen und Kopelman, die Gaußsche Normalverteilung und die Monte-Carlo-Methode eingegangen, um die verwendeten Methoden zu erläutern und deren Anwendbarkeit auf das Problem der Trocknung von Porennetzwerken zu begründen. Die Auswahl und Begründung dieser spezifischen Modelle ist zentral für die Validität der späteren Simulationsergebnisse.
3 Einordnung der Arbeit in vorhergehende Modelle über die Trocknung von Porennetzwerken: Dieses Kapitel stellt die Arbeit im Kontext bestehender Forschungsliteratur dar. Es vergleicht und kontrastiert das verwendete Modell mit anderen Ansätzen zur Modellierung der Trocknung von Porennetzwerken, bewertet deren Stärken und Schwächen und zeigt den innovativen Beitrag der vorliegenden Arbeit auf. Die Einordnung in den Forschungsstand ist essentiell, um die Originalität und den wissenschaftlichen Fortschritt dieser Arbeit zu verdeutlichen.
4 Thermodynamik der Trocknung: Dieses Kapitel beschreibt die thermodynamischen Prinzipien, die dem Trocknungsprozess zugrunde liegen. Es werden Transportvorgänge in Kapillaren, die Berechnung der Dampfdiffusion und die Trocknung kapillarporöser Güter detailliert erläutert. Die Beschreibung der Dampfdiffusion und deren Anwendung auf die vorliegenden Porennetzwerke inklusive der Rolle der Grenzschicht bildet den Kern dieses Kapitels und ist essenziell für das Verständnis des Trocknungsmechanismus im Kontext der Arbeit.
5 Porennetzwerkmodelle: Hier werden die Datenstrukturen zur Beschreibung der Netzwerke, die Porosität und die Porenradienverteilung erörtert. Dieses Kapitel legt die Grundlage für die Simulationen, indem es die Methoden zur Darstellung und Charakterisierung der Porennetzwerke beschreibt. Die detaillierte Darstellung der Datenstrukturen, Porosität und Porenradienverteilung ist entscheidend für die Reproduzierbarkeit und das Verständnis der Simulationsergebnisse.
6 Trocknungssimulationen: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Trocknungssimulationen für Netzwerke mit unterschiedlichen Koordinationszahlen (3, 4 und 6). Es werden die erhaltenen Trocknungskurven interpretiert und die mathematische Modellierung, inklusive normierter Trocknungskurven und Monte-Carlo-Simulationen, detailliert dargestellt. Der Vergleich der Ergebnisse verschiedener Koordinationszahlen bildet den Höhepunkt dieses Kapitels und erlaubt Schlussfolgerungen über den Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten.
Schlüsselwörter
Trocknungsverhalten, Porennetzwerke, Koordinationszahl, Monte-Carlo-Simulation, Dampfdiffusion, Kapillarität, Porosität, Trocknungskurven, mathematische Modellierung.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten regulärer Porennetzwerke
Was ist das Thema dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht den Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten regulärer Porennetzwerke. Das Ziel ist, durch Simulationen ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zu entwickeln und die Vorhersagbarkeit des Trocknungsverhaltens zu verbessern.
Welche mathematischen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit verwendet den Algorithmus nach Hoshen und Kopelman, die Gaußsche Normalverteilung und die Monte-Carlo-Methode zur Simulation des Trocknungsprozesses. Diese Methoden werden detailliert in Kapitel 2 erläutert.
Welche Aspekte der Thermodynamik werden behandelt?
Kapitel 4 beschreibt die relevanten thermodynamischen Prinzipien, insbesondere Transportvorgänge in Kapillaren, die Berechnung der Dampfdiffusion (inklusive der Rolle der Grenzschicht) und die Trocknung kapillarporöser Güter.
Wie werden die Porennetzwerke modelliert?
Kapitel 5 erläutert die Datenstrukturen zur Beschreibung der Netzwerke, die Porosität und die Porenradienverteilung. Dies bildet die Grundlage für die numerischen Simulationen.
Welche Koordinationszahlen werden untersucht?
Die Trocknungssimulationen (Kapitel 6) umfassen Netzwerke mit den Koordinationszahlen 3, 4 und 6. Die Ergebnisse werden verglichen, um den Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten zu bestimmen.
Wie werden die Ergebnisse der Simulationen dargestellt und interpretiert?
Kapitel 6 präsentiert die Ergebnisse in Form von Trocknungskurven. Diese werden interpretiert und mit Hilfe der mathematischen Modellierung (inklusive normierter Kurven und Monte-Carlo-Simulationen) analysiert.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Schlüsselwörter sind: Trocknungsverhalten, Porennetzwerke, Koordinationszahl, Monte-Carlo-Simulation, Dampfdiffusion, Kapillarität, Porosität, Trocknungskurven, mathematische Modellierung.
Wie ist die Arbeit in den bestehenden Forschungsstand eingeordnet?
Kapitel 3 vergleicht und kontrastiert das verwendete Modell mit anderen Ansätzen zur Modellierung der Trocknung von Porennetzwerken, um den innovativen Beitrag dieser Arbeit hervorzuheben.
Welche Ziele werden in der Einleitung definiert?
Die Einleitung definiert die Ziele der Arbeit, hebt die Relevanz der Koordinationszahl für das Trocknungsverhalten hervor und beschreibt die Forschungslücke, die diese Arbeit zu schließen versucht.
Welche Kapitel enthält die Arbeit und was ist ihr Inhalt?
Die Arbeit enthält folgende Kapitel: 1. Einleitung, 2. Mathematische Vorbetrachtungen und Modelle, 3. Einordnung in vorhergehende Modelle, 4. Thermodynamik der Trocknung, 5. Porennetzwerkmodelle, 6. Trocknungssimulationen, 7. Zusammenfassung und Schlussfolgerung. Jeder Kapitelzusammenfassung im Dokument liefert detaillierte Informationen zum Inhalt der einzelnen Kapitel.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing Melanie Müller (Autor:in), 2005, Einfluss der Koordinationszahl auf das Trocknungsverhalten regulärer Porennetzwerke, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/71799
