Innerhalb des Forschungsvorhabens sind multiskalige Lösungsansätze sowohl auf der mikroskopischen (Einzelkornbewegung im Luftstrom) als auch auf der makroskopischen Ebene (Trennprozess) vonnöten. Die Lösungen aus beiden Bereichen sind in den numerischen Simulationen miteinander zu verbinden.

Bezüglich der makroskopischen Pilot-Ebene stehen umfangreiche Trennversuche im Vordergrund. Neben Klassierversuchen (Trennung nach der Korngröße) mit Flusssand-Kies-Gemischen wurden Sortierversuche (Trennung nach der Feststoffdichte) von Soft-Air-Partikeln durchgeführt. Zum Abschluss erfolgen noch Trennversuche komplexer Gemische (z.B. gezielt verformte Kunststoffgranulate) nach den Trennmerkmalen Größe, Form und Dichte. Durch eine Variation der Aufgabeströme sowie Luftvolumenströmen soll der Einfluss der Massenbeladung in der Luft auf den Trennvorgang genauer untersucht werden. Hierbei spielen vor allem die Ermittlung der Trenneigenschaft und die energetische Bewertung des Prozesses (Druckverlust, Leistungsbedarf) eine wichtige Rolle. Weiterhin soll über die Variation von Kanalgeometrie, Stufenanzahl und Produktaufgabe eine optimale Konfiguration ermittelt werden.

Auf mikroskopischer Ebene sollen sowohl der Strömungsverlauf als auch die Partikelbewegung im turbulenten Fluidstrom untersucht werden. Neben der bereits durchgeführten Laser Doppler Velocimetry (LDV) und der Particle Image Velocimetry (PIV) zur Strömungsvisualisierung erfolgt nun die Erfassung der Partikelbahnen mit Hilfe der Particle Tracking Velocimetry (PTV). Zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Partikelkollektive soll zusätzlich eine Farbkodierung zur Anwendung kommen.

Als Grundlage für die Durchführung der Messungen wurden umfangreiche Umbauarbeiten an der Anlage durchgeführt. Für die Variation des Luftvolumenstroms wurde ein neuer Lüfter eingebaut. Für einen kontinuierlichen steuerbaren Aufgabemassenstrom wurde eine Schwingrinne installiert. Die optischen Messungen werden über die gesamte Kanalhöhe ermöglicht, durch den von drei Seiten optisch zugänglichen, speziell für diese Aufgabe konzipierten modularen Zickzackkanal, dessen Stufenzahl mit geringem Aufwand variiert werden kann (siehe Abbildung 2).

Unter Verwendung der ermittelten Stoffeigenschaften und Betriebsparametern erfolgte die Durchführung einphasiger CFD-Simulationen, die mit Hilfe der strömungstechnischen Messergebnisse validiert wurden, um die Eignung verschiedener Turbulenzmodelle festzustellen. Hierbei wurden vor allem Modelle auf Basis der dreidimensionalen Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (RANS, Reynolds-averaged Navier-Stokes-equations bzw. URANS, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes-equations) genutzt. Darauf aufbauend erfolgt die Simulation der Mehrphasenströmung unter Beachtung der auftretenden Mechanismen (z.B. Kollisionen) mit zunehmender Genauigkeit durch eine 1-, 2- und 4-Wege-Kopplung mit der Partikelsimulation.