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Das Gebiet der Strömungsmechanik ist ein komplexes Netzwerk aus Physik, mathematischen Modellen und realen Anwendungen. In der Abwasserindustrie ist das Verständnis dieser Strömungsdynamik nicht nur eine wissenschaftliche Übung, sondern eine Notwendigkeit. Hier kommt Computational Fluid Dynamics (CFD) ins Spiel – ein entscheidendes Werkzeug, das die Art und Weise, wie wir reale Probleme der Strömungsmechanik angehen und lösen, revolutioniert hat.

Die Ursprünge von INVENTs CFD-Reise

In den 1990er Jahren leitete die Gründung der INVENT durch Dr.-Ing. Marcus Höfken die rigorose Anwendung der Strömungsmechanik in der Abwasserbehandlung ein. Mit Wurzeln am Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen-Nürnberg unter der Leitung von Professor Dr. Franz Durst entstand INVENT aus einer echten Leidenschaft für Strömungsmechanik, kombiniert mit einem streng wissenschaftlichen Ansatz.

Schon in den Anfangsjahren erkannte man bei INVENT das Potenzial der CFD-Simulationen und nutzte diese in Zusammenarbeit mit Hochschulen. Das Unternehmen gründete bald darauf eine eigene CFD-Abteilung, die sich rasch ausschließlich der Komplexität der Wasser- und Abwasserbehandlung widmete. Von der Modellierung von Rührwerken mit detaillierter CAD-Geometrie bis zu Multiphasen-Simulationen für belüftete Becken war INVENT an vorderster Front tätig, indem es geltende Konventionen in Frage stellte und Standards anhob.

CFD in der Abwasserbehandlung: Brückenschlag zwischen Theorie und Praxis

Aber was ist CFD? Im Kern ist Computational Fluid Dynamics (CFD) die Verwendung angewandter Mathematik, Physik und computergestützter Software, um Strömungen zu modellieren und zu visualisieren. Dies wird in der Abwasserbehandlung unverzichtbar.

Es gibt viele Beispiele: Belüftete Becken erfordern beispielsweise Multiphasen-Simulationen, welche dabei helfen können, die Standard-Sauerstoffübertragungsrate (SOTR), eine entscheidende Metrik in der biologischen Abwasserbehandlung, vorherzusagen. Oder die Bewegung und das Verhalten suspendierter Feststoffe und aktiven Schlamms zu verstehen. CFD hilft bei der Modellierung dieser Phänomene und bietet Einblicke in Partikelbahnen, Absetzmuster und mehr.

Darüber hinaus können in gerührten Behältern oder in Pumpstationen die Effekte an der Wasseroberfläche, die oft durch turbulentes Verhalten gekennzeichnet sind und zur Bildung von Wirbeln führen, komplex sein. CFD-Simulationen unterstützen Ingenieure dabei, diese Oberflächeneffekte zu modellieren sowie Behandlungsprozesse zu entwerfen und zu optimieren.

Mit zunehmender Vertiefung in die Modellierung der Abwasserbehandlung werden bestimmte Merkmale und Techniken unverzichtbar. Die Gründe sind:

1. Turbo-Gebläse: Die genaue Auslegung der Turbo-Gebläse ist von entscheidender Bedeutung. In Kläranlagen spielen diese eine zentrale Rolle, um eine effiziente Zirkulation und Suspension von Feststoffen sicherzustellen. Eine genaue Auslegung gewährleistet eine zuverlässige Darstellung des realen Gebläsebetriebs.
2. Multiphasen-Simulation für Belüftung: Belüftung ist entscheidend für die biologischen Oxidationsprozesse der biologischen Abwasserreinigung. Das Verständnis komplexer Phänomene wie Blasendynamik ist entscheidend. Faktoren wie Blasenzerfall, ihre eventuelle Koaleszenz und der Massentransfer sind entscheidend, um die Sauerstoffübertragungsrate zuverlässig vorherzusagen.
3. Transport von Schlammflocken: Schlammflocken oder aggregierte Partikel erfordern ebenfalls weitere Untersuchungen und sorgfältige Modellierung. Bei Multiphasen-Simulationen für ihren Transport kommt ein komplexer Faktor ins Spiel: das Fließverhalten. Mit zunehmender Konzentration dieser Flocken weicht das Verhalten der Flüssigkeit von der newtonschen Idee ab und übernimmt Eigenschaften nicht-newtonscher Fluide. Diese Veränderung im Flüssigkeitsverhalten, gepaart mit Flockungseffekten – bei denen Partikel zusammenkommen, um größere Flocken zu bilden – macht den Modellierungsprozess noch komplexer.

Eine bedeutende Herausforderung bleibt jedoch bestehen. Das Verhalten von biologischen Verbindungen im Abwasser kann nicht explizit innerhalb der Gleichungen der Strömungsmechanik modelliert werden. Hier spielt der numerisch-empirische Ansatz eine wesentliche Rolle. Durch die Verbindung von Theorie mit empirischen Daten stellen wir genaue Ergebnisse sicher, die auf realen Beobachtungen und Validierungen basieren.

Die potenziellen Anwendungen von CFD in diesem Bereich sind vielfältig und erstrecken sich über Siebanlagen, hydraulische Dynamik, Wasserverteilung und darüber hinaus. Man denke an anoxische Tanks, Klärbecken, Oxidationsgräben, anaerobe Faulbehälter – CFD kann alles abdecken.

Instrumente und Zusammenarbeit

INVENT ist in Sachen CFD-Technologie immer auf dem neuesten Stand. Die Software M-STAR, mit seinem Lattice-Boltzmann-Ansatz zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen, bietet fortschrittliche Turbulenzmodellierungstechniken wie Large Eddy Simulation. Es sind zeitgenaue dynamische Simulationen möglich und bieten einen beispiellosen Einblick in turbulente Phänomene.

Turbulenz ist schließlich entscheidend für das Rühren. Je genauer Turbulenzen modelliert werden, desto besser sind die Vorhersagen im Zusammenhang mit der Vermischung, einem Eckpfeiler in den Prozessen der Abwasserbehandlung.

Dennoch liegt die eigentliche Stärke der CFD-Abteilung von INVENT nicht nur in ihren überlegenen Software- und Hardware-Tools, sondern auch in ihrem anhaltenden Bestreben nach numerischer Validierung. Durch kontinuierlichen Vergleich von Simulationsergebnissen mit experimentellen Daten, entweder in Zusammenarbeit mit Hochschulen oder durch Vor-Ort-Experimente in Kläranlagen, stellt INVENT die Präzision ihrer CFD-Simulationen sicher.

Die beste CFD ist weit mehr als eine Simulation, sie beinhaltet auch kontinuierliche experimentelle Validierungen und Kalibrierungen unter Verwendung eines numerisch-empirischen Ansatzes.

Fazit

In einer Welt, in der Präzision zählt, ist der Einsatz von CFD in der Abwasserbehandlung kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit. Die Branche fordert nachhaltigere und effizientere Lösungen, so dass die Brücke zwischen theoretischen Simulationen und experimentellen Validierungen noch entscheidender wird. INVENT wird diesen Weg weiterhin gehen und die komplexen Daten der Wasser- und Abwasserbranche simulieren.

Wenn Abwassertechnik und E-Mobilität „Hand in Hand“ gehen

Seit kurzem ergänzen E-Lastenfahrräder unser Rührwerks- und Belüftungssysteme-Sortiment. Was zunächst erstaunen mag, ergibt bei näherer Betrachtung durchaus Sinn.

Vom Kurier- über den Lieferdienst bis zum Transportservice handlicher Güter setzen immer mehr Betreiber auf E-Lastenfahrräder bzw. Cargobikes. Auch unser Vorstandsvorsitzender Dr.-Ing. Marcus Höfken ist begeistert von dieser Entwicklung. Schon immer sind Fahrzeuge aller Art sein Hobby und so reifte in ihm die Idee, ein passendes E-Lastenrad für INVENT-Kunden ins Sortiment aufzunehmen.

Das Service-E-Bike INVELO:3 besitzt die wesentlichen Eigenschaften, durch die sich INVENT-Produkte auszeichnen: hohe Qualität, zuverlässige Funktionalität und Energieeffizienz. Zusätzlich bietet der dreirädrige Flitzer made in Germany noch eine große Portion Spaß. Das 2,2 m lange und 1 m breite dreirädrige Cargomobil kann auf dem Vorderrad bis 100 kg sowie auf dem Hinterrad bis 60 kg beladen werden.

Hightech-Fahrzeuge mit hochwertigen Komponenten

Die Abstimmung des Fahrwerks, die Auslegung der Bremsanlage und das Lenksystem wurden gemeinsam mit erfahrenen Renningenieuren aus dem Automobilbau entwickelt. Das Ergebnis ist ein sicheres Fahr- und Kurvengefühl selbst bei voller Zuladung.

Mit seinem hohen Drehmoment und seiner außerordentlichen Leistungscharakteristik wurde der kraftvolle Mittelmotor kompromisslos für die professionelle Anwendung in einem Lastenfahrrad ausgelegt und abgestimmt. Die Steuerung übernimmt eine leistungsfähige Elektronik, die direkt in den Antrieb integriert wurde. Durch das dreistufige Getriebe lassen sich Trittfrequenz und Kraftaufwand des Fahrers optimal dosieren, ohne dass eine externe Schaltung mit ihrem zusätzlichen Wartungsaufwand notwendig wird. Die Kraftübertragung über eine hochbelastbare Motorradkette garantiert lange Laufzeiten.

Auch bei der Sicherheit macht das INVELO:3 keine Kompromisse. Die hydraulische 3-Scheiben-Bremsanlage wurde konstruktiv für höchste Anforderungen und Langlebigkeit ausgelegt. Mit ihren großen Bremsscheiben und fein dosierbarer Bremswirkung bringt sie das INVELO:3 auch bei voller Zuladung schnell und sicher zum Stehen.

Die leistungsfähigen, langlebigen Akkupacks mit einer Batteriekapazität von 1 kWh können einfach ein- und ausgebaut oder direkt am INVELO:3 geladen werden. Die Akkus lassen sich an einer normalen 230-Volt-Steckdose schnell wieder aufladen. Daraus erzielt das E-Lastenrad eine Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h und eine Reichweite von ca. 50 km.

Die Reifen auf ihren stabilen Felgen wurden speziell auf die Anforderungen im harten gewerblichen Einsatz entwickelt und ausgelegt. Die verwendeten robusten Radsätze sind für hohe Belastung und Langlebigkeit erprobt. Sie können unter Belastung nicht nur dauerhaft hohe Querkräfte absorbieren, sondern überzeugen auch mit ihrer großen Reifenaufstandsfläche durch hohe Laufleistung und Pannensicherheit.

Alle Komponenten des INVELO:3 wurden auf Langlebigkeit und Standfestigkeit entwickelt und ausgewählt. Um vorhersehbare und kalkulierbare Serviceintervalle zu erreichen, wurde die Konstruktion so ausgelegt, dass Verschleißteile wie Bremsen und Reifen einfach auszuwechseln sind.

Die handlichen Kraftpakete sind ideal dafür geeignet, die Arbeit der Klärwärter und die Wartung von Kläranlagen zu erleichtern. Insbesondere in weiträumigen Anlagen, wie sie in Metropolen auf der ganzen Welt unterhalten werden müssen, wissen wir um den Transportbedarf des technischen Personals für Werkzeug und Materialien.

Mit dem hochwertigen Fahrzeug gibt INVENT ein Zusatzprodukt in den Warenkorb, mit dem sich zufriedene Kunden sofort anfreunden und identifizieren können.

Ebenso neu: INVELO:4 in Kürze im Webshop

In Kürze erhält das INVELO:3 Zuwachs im Webshop. Der vierrädrige „große Bruder“, das INVELO:4, bringt dank doppelter Batterieleistung noch mehr Power auf die Straße. Mit einem Gewicht von einer Vierteltonne, einer Nutzlast von 250 kg und einem Ladevolumen von zwei Kubikmetern besitzt das stylische Fahrzeug nicht nur einen messbaren Mehrwert, sondern ist wie das INVELO:3 ein echter Hingucker.

Selbstredend eignen sich die „Packesel“ nicht nur für den Einsatz in Klärwerken. Deshalb freuen wir uns genauso über Bestellungen aus anderen Branchen und für den Privatgebrauch.

Übrigens: Die Anschaffung der E-Lastenräder wird durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle gefördert. Der Zuschuss beträgt 25 % des Kaufpreises bis maximal 2.500 Euro. Voraussetzung ist ein Nachweis über die gewerbliche Nutzung. Grundlage ist die Richtlinie zur Förderung von E-Lastenfahrrädern und E-Lastenanhängern für den fahrradgebundenen Lastenverkehr, herausgegeben vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit. Die Beantragung erfolgt online durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.