Die Voraussetzungen zur Auslegung von Rührwerken nach der kritischen Drehzahl mit einfachen analytischen Ansätzen sind selten erfüllt, da die Fluidkräfte auf das Rührwerk und die realen, oftmals weichen Einspannverhältnisse zwischen Rührwerk und Träger nicht hinreichend berücksichtigt werden können. Beide Aspekte haben jedoch einen großen Einfluss auf den Zahlenwert der kritischen Drehzahl und auf die Auslenkungsamplituden bzw. Biegebeanspruchung des Rührwerks und damit verbundene unzulässige Drehzahlbereiche. Das Rührmedium kann auf das Rührwerk sowohl als Dämpfungsglied als auch als Anregende fungieren, so dass im Vergleich zum Leerlauf veränderte Auslenkungsamplituden resultieren. Die Stoffeigenschaften des Rührmediums und die Strömungsverhältnisse im Rührbehälter müssen in die Dimensionierung des Rührwerks einfließen. Die Erweiterungen der analytischen Ansätze um fluiddynamische Zusatzmassen gelten oftmals nur für Standardrührwerke und das Rührmedium Wasser, und sind auf Realfälle mit komplexeren Rührorganen nicht zu übertragen. Darüber hinaus sind zur Bestimmung der fluiddynamischen Zusatzmassen häufig kosten- und zeitintensive Vorversuche nötig. Kommerzielle FEM-Programme sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht in der Lage, voll fluid-struktur-gekoppelte Probleme bei praxisrelevanten Reynoldszahlen zu berechnen. Eine vollständige fluid-struktur-gekoppelte Simulation von FEM-Modell und CFD-Modell, die über den ständigen Austausch von Größen wie Kräften, Verschiebungen und Geschwindigkeiten zwischen den beiden Programmpaketen laufen müsste, ist sehr rechenzeit- und speicherplatzaufwendig sowie programmiertechnisch zu schwerfällig. In dieser Arbeit wird ein kommerzieller CFD-Code durch ein selbst entwickeltes numerisches Modell für die Rührerdynamik erweitert (Fluid-Struktur-Kopplung). Das simulierte Strömungsfeld wird vollständig mit der Rührwerksstruktur gekoppelt, wodurch sämtliche fluiddynamischen Kräfte auf das Rührwerk berücksichtigt werden. Mögliche weiche Einspannverhältnisse zwischen Rührwerk und Halterung werden über analytische Berechnungskonzepte in das numerische Modell miteinbezogen. Es können somit sämtliche für die sicherheitstechnische Auslegung von Rührwerken relevanten Einflüsse auf die strukturdynamische Antwort des Rührwerks geltend gemacht werden. Gesamtziel der Arbeit ist eine durch experimentelle Untersuchungen abgesicherte Vorausberechnung der zu vermeidenden Betriebsbereiche verschiedener Rührwerke in unterschiedlichen Fluiden und Einspanngeometrie     «

Die Voraussetzungen zur Auslegung von Rührwerken nach der kritischen Drehzahl mit einfachen analytischen Ansätzen sind selten erfüllt, da die Fluidkräfte auf das Rührwerk und die realen, oftmals weichen Einspannverhältnisse zwischen Rührwerk und Träger nicht hinreichend berücksichtigt werden können. Beide Aspekte haben jedoch einen großen Einfluss auf den Zahlenwert der kritischen Drehzahl und auf die Auslenkungsamplituden bzw. Biegebeanspruchung des Rührwerks und damit verbundene unzulässige Dr...     »

The possibilities of an accurate stirrer safety design, relating to the critical rotational speed with simple analytical calculations are often very unsatisfactional, because the fluid dynamic effects on the structure and the real, often flexible restraint systems cannot be sufficiently considered. Both aspects, however, have an important influence on the critical rotational speed, the oscillation amplitudes and stirrer bending loads and consequently its critical rotational speed regions. The mixing fluid can act both as a damping, and as an exciting element. As a result, different oscillating amplitudes occur, compared with no-load operation (air). The properties of the mixing fluid and the fluid dynamics in the mixing vessel have definitely to be part of the stirrer safety design. Upgrading the analytical approaches with additional fluiddynamic masses is often only possible for standard stirrers, mixing fluid medium water, and are not transferable to stirrers with complex stirrer head designs. In addition, cost and time-consuming pre-tests are necessary for determining the fluid dynamic masses. Commercial FEM-programms are recently not able to calculate fluid-strucuture-interaction problems at practice relevant Reynolds numbers. A fully coupled simulation of FEM and CFD-models, permanently exchanging values like forces, displacements and velocities, is very memory and CPU-time consuming and difficult to programm. In this work, a self-developed numerical model for the stirrer dynamics is implemented in a commercial CFD-Code (Fluid-Strucutre-Interaction). The computational fluid field is fully coupled with the stirrer structure, considering all fluiddynamic forces on the stirrer structure. Possible flexible restraints between stirrer and rack are analytically implemented in the numerical model. Consequently, all relevant influences on the structural dynamic response of the stirrrer can be considered for the stirrer safety design. The goal is a, by experimental data validated, pre-calculation of the critical operating range of different stirrer types in various fluid and restraints.     «

The possibilities of an accurate stirrer safety design, relating to the critical rotational speed with simple analytical calculations are often very unsatisfactional, because the fluid dynamic effects on the structure and the real, often flexible restraint systems cannot be sufficiently considered. Both aspects, however, have an important influence on the critical rotational speed, the oscillation amplitudes and stirrer bending loads and consequently its critical rotational speed regions. The mi...     »