Das Projekt "Experimentelle und theoretische Untersuchung des Honigmann-Prozesses für die thermochemische Speicherung von Wärme, Kälte und Arbeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Energietechnik, Fachgebiet Maschinen- und Energieanlagentechnik durchgeführt. Der Honigmann-Prozess beruht auf dem Effekt der Dampfdruckerniedrigung über einer Lösung (oder einem Adsorbens, falls Adsorption an Feststoffen genutzt wird) im Vergleich zu einer reinen Flüssigkeit (Arbeitsfluid). Thermische Energie wird bei der Aufkonzentration der Lösung bei 100 bis 150 C gespeichert und der Dampfdruckunterschied zwischen Lösung und reinem Arbeitsfluid wird zu einem späteren Zeitpunkt genutzt, um mechanische Arbeit zu produzieren. Projektziel ist Schaffung einer theoretischen Basis für derartige Prozesse und experimentelle Verifikation und Demonstration. Zunächst wird eine Versuchsanlage mit einem gut bekannten Arbeitsstoffpaar (LiBr/Wasser) gebaut und experimentell charakterisiert. Parallel werden theoretische Untersuchungen zu Betriebsgrenzen und -führung sowie Prozessvarianten durchgeführt. Außerdem werden Prozesskenngrößen definiert und ein mathematisch-physikalisches Modell für die Untersuchung von Regelungsstrategien entwickelt. Da der Speicher auch zur Kälte- oder Wärmeproduktion genutzt werden kann, ist eine umfassende Systemanalyse nötig. Perspektivisch soll der Energiespeicher ein Baustein einer dezentralen Energieversorgung werden, welcher auch eine optimierte Nutzung von zeitlich schwankenden regenerativen Energiequellen oder Abwärme ermöglicht.
Das Projekt "Wärmestrahlung von Flugasche in kohlebefeuerten Dampferzeugern. Verfeinerung der Berechnungsmethoden durch Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung der Partikelgrößenverteilung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Maschinenwesen durchgeführt. Partikel im Rauchgas beeinflussen den Strahlungswärmetransport in Kohlefeuerungen durch Absorption, Emission und Streuung. Die diese Vorgänge beschreibenden Koeffizienten hängen von der Partikelgrößenverteilung und der chemischen Zusammensetzung der Partikel ab. Im bisherigen Verlauf des geförderten Projektes wurden ca. 70 Ascheproben aus verschiedenen Kraftwerken entnommen und analysiert. Durch Kombination mit Daten aus der Literatur wurde eine empirische Mischungsregel erstellt, nach der die Indizes für Brechung ml und Absorption kl einer Asche bestimmt werden können. Anhand der Mie-Theorie wurden für alle Proben die mittleren Wirkungsfaktoren für Absorption und Streuung ermittelt und nach einem 2-Fuß-Modell Staubemissionsgrade berechnet. Gekoppelt mit den Emissionsgraden des Rauchgases lassen sich Strahlungsaustauschrechnungen nach der u.a. auch im VDI-Wärmeatlas beschriebenen Rechenmethode durchführen. Allerdings sind diese Rechnungen beschränkt auf Volumina konstanter Temperatur und geringe Partikelbeladungen. Im beantragten vierten Jahr soll ein Modell erstellt werden mit welchem der Strahlungsaustausch unter nicht-isothermen Verhältnissen auch bei hoher Staubbeladung berechnet werden kann. Mit dem erstellten Programmpaket sollen anhand der vorhandenen Aschedaten umfangreiche Parameterstudien durchgeführt werden, um kohle- und feuerungsspezifische Abhängigkeiten zu ermitteln. Ferner sollen hohe Partikelbeladungen und der Einfluß über den Querschnitt unterschiedlicher Staubkonzentrationen untersucht werden, wie sie beispielsweise in zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen auftreten.
Das Projekt "Investigation of the onset of acoustic instability in turbulent combustion systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Combustion instability is a major problem in the design and development of the combustor. The key elements in the study of this phenomenon are a model for how the flame structure responds to acoustic oscillations, solutions for the acoustic quantities in the combustor for the given flame response and appropriate acoustic boundary conditions at the combustor inlets and exit. Available literature indicates either a system approach, wherein flame transfer functions are obtained experimentally, or with rudimentary flame dynamics models. A few other works have performed computational simulation of compressible flow, in order to predict dominant acoustic modes excited in the combustor. While the former approach is either empirical or rudimentary, the CFD approach is either lacking in details of the turbulent combustion process or is too expensive. Moreover, there have been no investigations on combustors under conditions that approach instability-like conditions, in order to investigate the onset of this phenomenon. The proposed work is based on a 'tunable' combustor geometry developed at IIT Madras, India, that can be made to excite oscillations over a range of frequencies from broadband, relatively low amplitude roar (resembling noise) to discrete, high-amplitude tones (resembling instability conditions). The goal of the present proposal is to identify the operating conditions that trigger the discrete high-amplitude tones in a more systematic manner than has been done so far, and to computationally simulate turbulent premixed and diffusion flames under these conditions using large eddy simulation at the Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) of TU-Darmstadt, Germany. Detailed laser diagnostic measurements on instantaneous velocity field by PIV and temperature measurements by Rayleigh scattering would be performed at IIT Madras and TU Darmstadt respectively, in order to validate the LES simulations. One dimensional acoustic calculations will be combined with the LES results in order to predict the acoustic pressure field, and the acoustic field would be coupled to the LES code in a feedback loop. The proposed work is expected to enable a better understanding of acoustic instabilities induced by turbulent combustion in engines.
Das Projekt "Modellierung von Ausbrand nach NOx-Minderung zur Prozessautomatisierung von Brennkammerfeuerung mit veraenderlichen Brennstoffeigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik durchgeführt. Im Bereich der thermischen Reststoff-, Rueckstands- und Abfallbehandlung liegen wegen schwankender Brennstoffzusammensetzungen (z. B. Schadstofffracht) und schwankender Heizwerte oft sehr stark veraenderliche Prozessablaeufe vor. Um die Verbrennung bezueglich ihrer Schadstoffemissionen auch in diesem Fall optimal zu fuehren, ist eine kontinuierliche Anpassung an die sich aendernden Verhaeltnisse erforderlich, was derzeit nicht erfolgt. Die Anpassung kann nur durchgefuehrt werden, wenn das entsprechende Basiswissen ueber die Haupteinflussgroessen fuer die Schadstoffemissionen vorliegt und kuenftig kontinuierlich in die Regelung eingreift. Ziel des Teilprojekles TP 1 ist es, fuer diesen Zweck ein Prozessmodell zu entwickeln, - das bei bekannten und vor allem auch unbekannten Veraenderungen der Brennstoffzusammensetzung unter Beruecksichtigung von anlagenspezifischen Parametern, wie Temperatur- und Verweilzeitverhalten usw., Massnahmen, wie z. B. Luftstufung, Abgasrueckfuehrung zur Optimierung des Ausbrandes und zur Minderung der Stickstoffoxidemissionen, simuliert, - um 'konventionelle' Anlagenregelstrecken (TP 4) zu erweitern bzw. in die Lage zu versetzen, unter variierenden Bedingungen ueber die blosse Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten hinaus 'on-line' jeweils Schadstoffminderungspotentiale auszuschoepfen und um als Grundlage fuer moderne Mehrgroessenregelungen unter der Praemisse unvollstaendiger Modellkenntnis des zu regelnden Objektes (TP 4) und zur Entwicklung von Lernstrategien fuer 'on-line' arbeitende wissensbasierte Systeme (TP 5) zu dienen. Fuer die experimentelIe Untersuchung der Forschungsarbeiten steht der Forschergruppe am Institut eine Brennkammerfeuerung (Leistung bis 1 MW thermisch) aus dem frueheren Sonderforschungsbereich SFB 134 zur Verfuegung.
Das Projekt "Teilprojekt: Regelung der teilhomogenisierten Verbrennung im Dieselmotor durch vollvariable Einspritzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Institut für Technische Verbrennung durchgeführt. Um zukünftige Emissionsziele hinsichtlich der Reduzierung von CO2- und Schadstoffemissionen zu erreichen, sind Niedertemperatur-Brennverfahren für den dieselmotorischen Betrieb äußerst vielversprechend, da sie thermodynamische Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades besitzen und Emissionsvorteile bei Stickoxiden und Ruß realisieren können. Gleichzeitig sind diese Brennverfahren aber deutlich schwieriger zu kontrollieren, da kein unmittelbarer Einfluss auf den Beginn der Verbrennung möglich ist. Zur Nutzung des hohen Potentials bedingen daher die fehlende direkte Kontrolle, eine höhere Neigung zu Instabilität und eine bisher noch nicht erfolgreiche Ausweitung zu höheren Lasten eine intensive Forschung in diesem Bereich. Im Fokus dieses Teilprojekts steht die konsequente Weiterentwicklung des Premixed Charge Compression Ignition (PCCI)-Dieselbrennverfahrens unter Verwendung optimierungsbasierter Regelung. Herkömmliche zyklusintegrale Regelgrößen, wie Mitteldruck und Verbrennungsschwerpunkt, erscheinen für die hier verfolgten Ziele nicht ausreichend und es wird die Hypothese verfolgt, dass die Regelung des vollständigen Brennverlaufs einen stabilen, effizienten und emissionsarmen Betrieb gewährleisten kann. Hierzu werden die Einspritzung und der Brennverlauf als (quasi-)kontinuierliche Stell- und Regelgrößen eingeführt. Ein gewünschter Brennverlauf wird dann mittels optimierungsbasierter Regelung der vollvariablen Einspritzung gestaltet. Die Regelung erfolgt dabei zunächst von Zyklus zu Zyklus, längerfristig wird aber auch eine Multiskalenregelung durch eine zusätzliche innerzyklische Regelkomponente betrachtet. Hieraus ergeben sich zunächst drei Herausforderungen: Eine quantitative Beschreibung der Wirkkette Einspritzung - Brennverlauf - Performance, eine geeignete Parametrisierung der Brennfunktion sowie die Identifikation konkreter zeitvariabler Stellgrößen und darauf basierend die Entwicklung einer variablen Einspritzstrategie. Letztere wird notwendig, um eine dynamische und effektive Aktuierung auch mit einem für die Regelung verkleinerten Parameterraum zu erreichen. Zunächst werden die Einflüsse der Einspritzparameter auf charakteristische Punkte des Brennverlaufs mittels Design of Experiments systematisch quantifiziert. Gleichzeitig werden der Zusammenhang zwischen Brennfunktion und den wichtigen Parametern der Performance, wie zum Beispiel Wirkungsgrad und Emissionen, quantitativ charakterisiert. Zur Erstellung reduzierter physikalisch basierter Modelle werden CFD-Simulationen und Mehrzonenmodelle eingesetzt, mit deren Hilfe Zusammenhänge identifiziert und erklärt sowie Korrelationen oder physikalische Beziehungen abgeleitet werden können. Arbeiten zur detaillierten Kinetik und der Rußbildung werden in Zusammenarbeit mit TP5 durchgeführt. Die Validierung der Regelkonzepte erfolgt einerseits in Kooperation mit TP3 und TP1 durch Model-in-the-Loop-Simulationen und schließlich am Motorprüfstand in Zusammenarbeit mit TP1.