Vliesstoffe für technische Anwendungen

Beier, Hendrik; Vogel, Christian; Haase, Jürgen; Hunger, Manfred; Schmalz, Elke; Sauer‐Kunze, Manfred; Bergmann, Lutz; Lieberenz, Klaus; Fuchs, Hilmar; Frijlink, J. J.; Schmidt, Günter; Wiesmann, Andrea; Durst, Michael; Best, Walter; Burmeister, Axel; Wiegmann, Andreas; Latz, Arnulf; Rief, Stefan; Steiner, Klaus

doi:10.1002/9783527645862.ch14

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“…To validate the experimental measurements of the face mask, the pressure drop and fractional filtration efficiency are obtained from GeoDict simulations using the module FilterDict [23,24]. To decide whether to apply Stokes or Navier-Stokes equations, the Reynolds number should be considered.…”

Section: Setup Of the Numerical Model 41 Validation Studymentioning

confidence: 99%

Computational Fluid Dynamics‐Based Optimization of Face Mask Filter Media Using Micro‐Computed Tomography Scans

Berger

Azimian²,

Eichheimer³

et al. 2023

Chem Eng & Technol

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During the COVID‐19 pandemic, face masks have become an important protective measure for reducing the spread of potentially infectious aerosol particles emitted while speaking, coughing, or simply breathing. In this work, a voxel‐based numerical model obtained from micro‐computed tomography (microCT) scans of a medical mask was validated by comparing fractional filtration efficiency and net pressure loss to values measured at an in‐house mask test bench after discharging the mask in isopropanol. Varying mean fiber diameter, solid volume fraction, and thickness of the filter medium, parametric studies based on a digital twin of the mask sample were carried out. It is demonstrated that face masks can be designed where filtration efficiency, pressure drop, and material consumption is improved compared to the base case.

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Section: Setup Of the Numerical Model 41 Validation Studymentioning

confidence: 99%

Computational Fluid Dynamics‐Based Optimization of Face Mask Filter Media Using Micro‐Computed Tomography Scans

Berger

Azimian²,

Eichheimer³

et al. 2023

Chem Eng & Technol

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Modellierung und Simulation von Filtrationsprozessen

Iliev

Kirsch

Lakdawala

et al. 2015

Mathematik Im Fraunhofer-Institut

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Innovative Filtrations- und Separationstechniken sind in vielen Fällen von wesentlicher Bedeutung bei der Entwicklung von hochwertigen Produkten bzw. effizienten Geräten oder wenn es gilt, eine möglichst hohe Lebensqualität zu gewährleisten. Es ist schwierig einen Industriebereich zu benennen, in dem Filter keine wichtige Rolle spielen. In einem üblichen PKW gibt es eine Vielzahl von Filtern. Andere Bereiche, die in höchstem Maße von der eingesetzten Filtertechnik abhängen, sind die Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser sowie der Einsatz von Entstaubungsanlagen im Energie- und Produktionssektor. Der Filtrationsmarkt wächst schnell und dementsprechend hoch ist der Innovationsdruck bei der Produktentwicklung. Daher kommt in zunehmendem Umfang Computer Aided Engineering (CAE) bei der Produktauslegung zum Einsatz. Damit den Entwicklungsingenieuren auch hierfür geeignete CAE-Werkzeuge zur Verfügung stehen, ist viel an mathematischer Forschung erforderlich. Die Fest-Flüssig- und Fest-Gasförmig-Filtrationsprobleme, die hier betrachtet werden sollen, sind von Natur aus Multiskalen- und Multiphysikphänomene. Die Größen der Schmutzpartikel und der Fasern im Filtermaterial reichen vom Nanometerbereich bis hin zu mehreren hundert Mikrometern. Die Abmessungen von Filtergehäusen dagegen können von wenigen Millimetern bis hin zu mehreren Metern betragen. Zudem kann sich das Filtermaterial (Filtermedium) je nach Anwendungsfall wie ein starrer Körper verhalten oder verformen. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die industriellen Anforderungen bei der Filterauslegung und die mathematischen Herausforderungen bei der Modellierung und Simulation von Filtrationsvorgängen. Dabei werden die Herangehensweisen zur rechnergestützten Untersuchung der Filtrationsprozesse auf der mikroskopischen Ebene (Partikel- und Porenskala), auf der makroskopischen Ebene (Filterelement, Gehäuse) und deren Kopplung behandelt. Die Beiträge des Fraunhofer ITWM zu diesem Forschungsgebiet in Form von neuen Simulationsmethoden und Software werden kurz vorgestellt und ihre Bedeutung für die Praxis an Hand von Beispielen erfolgreicher Industrieanwendungen illustriert

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