Das Projekt "Praxisorientierte, experimentell abgesicherte mathematische Modellierung der Waermeuebertragung in haeuslichen, wandhaengenden Gasfeuerstaetten unter Beruecksichtigung der Wasserdampfkondensation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Zur Reduzierung der Schadstoffemissionen sind neue, vollvormischende Brennersysteme entwickelt worden, die zunehmend in wandhaengenden, kompakten Gasfeuerstaetten eingesetzt werden. Diese neuen Brennertechnologien bedingen eine Verschiebung der Anforderungen an die Teilsysteme Brennkammer und Waermeaustauscher, so dass diese entsprechend weiterentwickelt werden muessen. Zwecks Erhoehung der Geraetewirkungsgrade werden die Sekundaerluftstroeme - und damit die Luftzahlen - abgesenkt; die Forderung nach kompakteren Bauformen wird zB durch eine Verkuerzung der Brennkammern erfuellt. Dies fuehrt zu kleineren Waermeverlusten, so dass die Verbrennungsgastemperaturen vor Eintritt in den Waermeaustauscher steigen. Da die Teilsysteme sich gegenseitig beeinflussen, ist ihre separate Betrachtung nicht sinnvoll. Vielmehr muessen deren Wechselwirkungen in einem Gesamtsystem untersucht werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die mathematische Modellierung der Waermeuebertragung zur Gesamtwaermebilanzierung haeuslicher, wandhaengender Gasfeuerstaetten. Fuer die beabsichtigte detaillierte Berechnung der Waermeaustauscherflaechen ist die Beruecksichtigung der Wasserdampfkondensation im Fall der Brennwertnutzung erforderlich. Eine waermetechnische Analyse des Gesamtsystems soll ueber geeignete vorausschauende Parameterstudien die aufgrund der neuen Brennertechnologien verschobenen Anforderungen und Randbedingungen beruecksichtigen, um unguenstige Geraetedimensionen und Betriebsbedingungen vermeiden zu koennen. Mit dem neu zu erstellenden mathematischen Modell sollen, unterstuetzt durch Einsatz des Stroemungssimulationsprogramms FLUENT, umfangreiche Parameterstudien durchgefuehrt werden, um die Haupteinflussgroessen auf die Waermeuebertragung herauszuarbeiten und zu analysieren. Experimentelle Untersuchungen an Versuchsbrennkammern sollen Daten zur Verifizierung des zu entwickelnden Berechnungsmodells, in welchem vor allem der Strahlungswaermeaustausch detailliert einbezogen werden soll, liefern. Das Gesamtmodell soll durch Messergebnisse, die an Komplettgeraeten erhalten werden, validiert werden. Als Ergebnis soll ein experimentell abgesichertes, hinreichend flexibles und leistungsfaehiges Berechnungsmodell fuer die praktische Anwendung in der Industrie zur Verfuegung gestellt werden. Darueber hinaus soll eine Typisierung der zur Zeit in wandhaengenden Gasfeuerstaetten eingesetzten Waermeaustauscher hinsichtlich des Einsatzbereiches, der verwendeten Werkstoffe sowie der Leistung vorgenommen werden.
Das Projekt "Untersuchung der Luftansaugung eines atmosphaerisch betriebenen Injektorbrenners mit unterschiedlichen poroesen Brennerkopfmaterialien und grosser Belastungsvariation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Die heutigen haushaltlichen Gasgraete nutzen Brenner mit verschiedenartigen Flammenformen. Dreidimensional ausgebildete, kegelfoermige Flammen des 'Bunsentypus' bei atmosphaerischen Injektorbrennern und praktisch eindimensional ausgerichtete Flammen bei Flaechenbrennern charakterisieren die jetzige Brennertechnik. Mit der Verbrennung von Gasgemischen in poroesen Medien ist eine weitere Moeglichkeit der Reaktionsfuehrung hinzugekommen. Innerhalb eines solchen 'loechrigen' Stoffes treten keine freien Flammen auf. Groessere Gebiete im Innern des Brennermaterials werden zu Oxidationszonen, wo die Verbrennungsvorgaenge stattfinden. Der Reaktionsablauf in solchen Materialien wird derzeit wissenschaftlich untersucht. Diese Entwicklung ist allerdings schon in Prototypen umgesetzt worden. Gegenueber bewaehrten Brennerkonzepten sind mit diesen Porenbrennern sehr grosse Modulationen in der Belastung moeglich. Die Schadstoffemissionen sind vor allem bei sehr hohen Primaerluftzahlen (n groesser 1,5) niedrig. Des weiteren wird eine kompakte Bauweise des Brenners erreicht. Zur Umsetzung dieser Verbrennungstechnik in einem poroesem Medium in die praktische Anwendung bietet sich insbesondere das Injektorprinzip an. Die Medien, die sich fuer den Einsatz als Brennerkopf eignen, sind vergleichsweise teuer. Die Kombination mit dem einfachen und somit kostenguenstigen Aufbau eines Injektorbrenners verspricht eine wirtschaftlich vertretbare Loesung fuer die Gasgeraeteindustrie. Die Berechnung der Luftansaugung von Einfachinjektoren unter dem Einfluss der Brennererwaermung wurde in dem AiF-Forschungsvorhaben Nr. 9967 erarbeitet. Die wichtigste Zielgroesse bei der rechnerischen Auslegung von Injektorbrennern ist die Primaerluftzahl. Eine wesentliche Einflussgroesse im Hinblick auf die Luftansaugung ist die Austrittsflaeche. Mit einem poroesen Stoff als Brennerkopf stellen sich andere Verhaeltnisse ein, die nicht mit der bisherigen Berechnungsmethode abgebildet werden koennen. Die Erweiterung des Berechnungsverfahrens zur Einbeziehung eines derart gestalteten Brenneraustritts macht theoretische und experimentelle Parameterstudien erforderlich. Die Luftansaugung atmosphaerisch betriebener Injektorbrenner mit unterschiedlichen poroesen Brennerkopfmaterialen soll an einem Versuchsbrenner unter dem Einfluss verschiedener Duesengroessen, des Duesenvordruckes und unterschiedlichen Treibgasen in Form von Konzentrationsmessungen experimentell untersucht und theoretisch beschrieben werden.