Das Projekt "Teilvorhaben: 2.2a, 3.4 und 3.5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Gas und Power GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Vorhaben unterstützt wesentlich die Auslegungs- und Optimierungsprozesse für optimale Effizienz und Lebensdauer von Turbinenkomponenten an unterschiedlichsten Betriebspunkten. Im aktuellen Vorhaben werden neue Konzepte und Module zur multidisziplinaren Optimierung erarbeitet. Bei zukünftigen hocheffizienten Gasturbinen, die einen hochflexiblen Betrieb in einem sehr großen Betriebsbereich gewährleisten können, bekommen aeromechanische Schwingungsanregungen eine viel größere Bedeutung. Für Turbinenschaufeln sind sie Design-beeinflussend und können nicht mehr durch Design vollständig vermieden werden. Daher wird eine gezielte Dämpfungsoptimierung notwendig, die mit dem Schaufeldesign durchgeführt werden muss und nur noch durch eine multidisziplinäre Optimierung erreicht werden kann. Bei der Fertigung sowie dem Betrieb von Gasturbinen werden heute immer größere Datenmengen erzeugt. Ziel ist es, ein datenbasiertes Modell für Varianzen aus dem Fertigungsprozess und für den Betrieb von Turbinenkomponenten zu entwickeln. Dazu werden geeignete Modelle erstellt, welche in der Lage sind, die möglichen Abweichungen aus der vorhandene Datenbasis auf neue Bauteile zu übertragen. Mit Hilfe dieser Modelle werden dann realistische Geometrievariationen und Randwertschwankungen erzeugt, welche dann die Basis für eine probabilistische Lebensdauer- und Performancequantifizierung neuer Komponenten bildet. Ein möglichst großer Wirkungsgrad wird maßgeblich durch den Verbrauch von Kühlluft bestimmt. Zur Steigerung des Wirkungsgrades muss daher der Verbrauch von Kühlluft minimiert werden. Als Verbesserung gegenüber semiempirischen, korrelationsbasierten Berechnungsmethoden stehen bereits sogenannte Konjugierte Simulationsmethoden (Conjugate Heat Transfer) zur Verfügung, welche Strömungsfluid und Bauteil gekoppelt modellieren. Die industrielle Anwendung dieser Methoden soll durch Validierung und Automatisierung möglich gemacht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: 2.1b, 2.2b, 2.3a, 3.1a und 3.2a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Aero Engines AG durchgeführt. Die Arbeiten der MTU fokussieren auf eine spätere Umsetzung in Turbokomponenten von Gasturbinen mit verbesserter Robustheit und Optimierung von Bauteilen und Komponenten für einen fluktuierenden Betrieb mit hohen Lastzyklen. HAP 2 'Zyklenfeste Turbokomponenten' Für die Konzeption in frühen Auslegungsphasen wird ein Modellierungsverfahren von Radial- und Axial-Radialverdichtern für Gasturbinen kleiner Leistungsklassen im dezentralen Betrieb entwickelt (AP 2.1). Aeromechanische Schwingungsanregungen durch Verbrennung, Mehrstufeninteraktion und Schaufelflattern bekommen bei einem hochflexiblen Betrieb zukünftiger Gasturbinen viel größere Bedeutung und werden bei den thermisch und statisch höchstausgelasteten Turbinenschaufeln sogar Design-beeinflussend (AP2.2). Bewertungsmethodiken für Beschaufelungen mit Deckband sollen dann die Auslegung von Beschaufelungen mit erweiterten Lebensdaueranforderungen ermöglichen. Die präzise Vorhersage von Eigenfrequenzen und Dämpfungsverhalten im Deckbandbereich ist von hoher Bedeutung für eine Verschleißbewertung (AP 2.3). HAP 3 'Virtuelle Produktentwicklung unter realen Bedingungen' Faseroptische Sonden für Hochtemperaturmessungen sollen neuartige experimentelle Untersuchungen an Gasturbinen zu deren Effizienzsteigerung ermöglichen (AP 3.1); hierzu soll RFBG (regenerierte Faser-Bragg-Gitter) basierte Sensorik, sowie die Methodik zur Signaltrennung und Steigerung der Messgenauigkeit weiterentwickelt werden. Durch verbesserte RANS-basierte Turbulenzmodelle soll eine bessere Vorhersagegüte der Turbomaschinenströmung erzielt werden (AP 3.2). Es werden Verbesserungen der Modellierung angestrebt, die das turbulente Niveau über die einzelnen Stufen im Verdichter besser wiedergeben; insbesondere auch durch die Berücksichtigung lokaler Strömungsphänomene. Hierdurch sollen Belastung und Betriebsverhalten des Verdichters (Pumpgrenze, Stufen-Matching, Kennlinienform) verbessert werden.
Das Projekt "Untersuchung der Auswirkung von Flugzeugknallen und leichten Stosswellen auf Gebaeude und deren Bauteile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung durchgeführt. Untersuchung der Auswirkung von Flugzeugknallen, Tieffluegen, Abschuesse von Geschuetzen, Sprengungen, simulierte Flugzeugknalle, Anregungen im Haus bei ueblicher Benutzung und durch Schwingmaschinen. Verhalten von Thermopane-Scheiben. Automatische Registrierung von Schwingungsvorgaengen, welche durch Flugzeugknalle am Haus hervorgerufen werden.
Das Projekt "4.2.4a; Flattern im Schaufelreihenverbund" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Bestandteil des AG Turbo Verbundprojektes COOREFLEX-turbo. Das DLR beteiligt sich mit der Abteilung Numerische Methoden des Instituts für Antriebstechnik an dem Projekt. Im Projekt soll der Strömungslöser TRACE um die Möglichkeit erweitert werden, die Wechselwirkung zwischen Schaufelreihen bei der Flattervorhersage zu berücksichtigen. Innerhalb des Verbundprojektes sind die Arbeiten dieses Vorhabens im Teilverbundprojekt Expansion eingebettet. Das übergeordnete Ziel des Teilverbundprojektes ist durch Strömungs-Struktur-Simulationen zu einem tieferen Verständnis des Einflusses der instationären Schaufelreihenwechselwirkung auf selbst- und fremderregte Schaufelschwingungen zu gelangen. Die Methoden sind in den linearen und nichtlinearen Frequenzbereichslöser innerhalb TRACE zu integrieren. Dazu muss letzterer dahingehend erweitert werden, dass harmonische Schaufelschwingungen bei strukturierten und unstrukturierten Netzen berücksichtigt werden kann. Für Flattervorhersage sollen bereits implementierte, hochwertige Randbedingungen für beliebige Netz Topologien erweitert werden. Darüber hinaus sind die aeroelastischen Auswertungsmethoden im Frequenzbereichslöser zu erweitern. Die zu entwickelnde Methoden werden an Hand nichtlinearer Vergleichsrechnungen validiert.
Das Projekt "Einfluss von mechanischen Schwingungen auf die Stroemung im Boden (Schwingfoerderung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Von Maschinen, elektrischen Anlagen oder Verkehrswegen koennen mechanische Schwingungen unbeabsichtigt in den Boden eingeleitet werden. Kuenstlich erzeugte mechanische Schwingungen lassen sich bei Sanierungsverfahren gezielt nutzen. Mechanische Schwingungen beeinflussen die Stroemung im Boden, da der Stroemungswiderstand des Bodens infolge der Veraenderung der Durchtrittsquerschnitte im Rhythmus der Schwingungen veraendert wird (Atmung). Auch der Stofftransport durch den Boden sowie der damit verbundene Stoffaustrag aus Boden, Grundwasser und Bodenluft wird durch mechanische Schwingungen beeinflusst. Diese Tatsache ist bei der Verbesserung der Durchspuelung und/oder Sanierung des Bodens von besonderem Interesse. Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die theoretische Untersuchung der Stroemung im Boden unter dem Einfluss von mechanischen Schwingungen sowie die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Verifikation der theoretischen Untersuchungsergebnisse mit Hilfe von Labormessungen. Anwendungsfelder sind neben der Bodensanierung die Injektionstechnik oder die Mineraloelgewinnung.
Das Projekt "Teilvorhaben: QCL-Pulsstromversorgung und QCL-Überwachung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PicoLAS GmbH durchgeführt. Die Kenntnis der genauen Zusammensetzung von Biogas ist zwingende Voraussetzung für die Steuerung der Prozesse im Reaktor und zur Verhinderung von Schäden durch die Verwendung des Gases z.B. in Gasmotoren zur Stromerzeugung. Herkömmliche Methoden neigen zu einer Absättigung oder Messungenauigkeit nach einer Überlast. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Gasmoleküle wellenlängenspezifisch photonisch angeregt werden. Die Konzentration wird dann über eine Quartzstimmgabel erkannt. PicoLAS befasst sich mit der wellenlängenspezifischen Ansteuerung und mit dem Betrieb der Laserdiode. Die Arbeiten von PicoLAS gliedern sich in im Wesentlichen 5 Arbeitspakete. Zuerst werden die genauen Spezifikationen mit den Projektpartnern in Zusammenarbeit definiert. In einem weiteren AP wird dann ein erstes Labormuster realisiert, anhand dessen die Empfindlichkeiten und Ergebnisse von Testgasen charakterisiert werden. Den Schwerpunkt der Arbeiten bilden dann Untersuchungen für einen Demonstrator, der sowohl eine externe Cavity in Bezug auf die Wellenlänge exakt einstellt, als auch die benötigten Ansteuersignale bereitstellt. In den folgenden Arbeitspaketen wird das was unter Laborbedingungen funktioniert in eine Einheit integriert, mit denen die Projektpartner Messungen machen können. PicoLAS begleitet diese Versuchsreihen und wird den Aufbau stets soweit weiter mit erforschen.
Das Projekt "Teilvorhaben: ICL Laser für die Analytik und Kontrolle biotechnologischer Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von sensor photonics GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundes ist die Erstellung eines Kontroll- und Regelgerätes für den optimierten Betrieb von Bioreaktoren. Ziel des Teilprojektes ist die Bereitstellung von ICL Gewinnmedien für den Einsatz im Externen Resonator, sowie die Bereitstellung von ICL DFB Laser im Mittleren Infraroten Spektralbereich zur Analyse der im Bioreaktor vorhandenen Moleküle. Hierfür werden mehrere Ansätze verfolgt. Diese sind (a) Gewinnmedium für Externen Resonator Laser für ICL Laser (b) DFB Laser basierend auf ICL Lasern Zu den Ansätzen a, b werden Labor Muster erstellt und den Projektpartnern für die Erprobung und Integration im Messsystem übergeben. Die Arbeiten sind in mehrere Arbeitspakete gegliedert. Der Schwerpunkt der Arbeiten wird im Arbeitspaket 3 des Verbundes liegen. Hier werden die folgenden Arbeiten durchgeführt. (a) Planung und Realisierung von ICL Gewinnmedien für den Einsatz im Externen Resonator (b) Planung und Realisierung von Multi DFB Laser für die Anwendung in der MIR Molekülspektroskopie,
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.3b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Werkstoffkunde durchgeführt. Ziel des beantragten Teilvorhabens ist die probabilistische Modellierung der Ausfallwahrscheinlichkeiten von Gasturbinenkomponenten aus polykristallinen Ni-Basis Gusslegierungen bei überlagerter Beanspruchung durch Kriechen (z. B. aufgrund von Fliehkräften an hochtemperaturbeanspruchten Turbinenschaufeln) und hochzyklischer Ermüdung (z. B. aufgrund Schwingungsanregung im inhomogenen Strömungsfeld hinter dem Leitgitter und/oder Resonanzen beim An- und Abfahren). Als wesentliche Voraussetzung hierfür ist ein grundlegendes Verständnis der Interaktion von (i) kriechinduzierter Korngrenzenschädigung, (ii) Ermüdungsrissbildung an kriechinduzierten Fehlstellen, (iii) Rissbildung an Ermüdungsgleitbändern und (iv) dem Mikrorissfortschritt, der maßgeblich durch (i) beeinflusst wird, zu erarbeiten. Diese im Experiment zu gewinnenden Erkenntnisse sollen in ein probabilistisches Modell zur Lebensdauerbewertung unter Einbezug der genannten mikrostrukturellen Kenngrößen überführt werden. Dieser im Kontext der Lastflexibilisierung thermischer Kraftwerke essentielle und umfangreiche Forschungsbedarf soll im beantragten Teilvorhaben adressiert und die Resultate in für das Bauteildesign geeignete Werkzeuge überführt werden. Neben den oben angesprochenen Erweiterungen der Ansätze zu (i) und (ii) hinsichtlich Probabilistik sowie (iv) hinsichtlich Kriechschädigung ist insbesondere ein umfassendes Verständnis zur Interaktion der Schädigungsmechanismen bei betriebsrelevanten Beanspruchungen durch gezielte Experimente und Mikrostrukturuntersuchungen zu erarbeiten. Auf Basis dieser Daten sollen die aktuell verfügbaren, weitgehend phänomenologischen Modelle verbessert und in physikalisch besser begründete Ansätze überführt werden. Schlussendlich soll ein probabilistisches Gesamtmodell erstellt werden, welches Kriechen, Ermüdung im HCF-Bereich als auch deren Interaktion berücksichtigen kann.
Das Projekt "4.1.7d; 'Simulation und Analyse von Grenzzyklus-schwingungen mittels nichtlinearer Verfahren im Zeitbereich'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. 1. Dieses Vorhaben ist Bestandteil des AG Turbo Verbundprojektes COOREFLEX-turbo. Das DLR beteiligt sich mit der Abteilung Numerische Methoden des Instituts für Antriebstechnik an dem Projekt. Dabei wird das Programmpaket TRACE weiterentwickelt um die Simulation und Analyse von Grenzzyklusschwingungen zu ermöglichen. 2. Innerhalb des Verbundprojektes sind die Arbeiten dieses Vorhabens im Teilverbundprojekt Expansion (Vorhaben-Nr. 4.1.7 - Auslegung von Deckbandkopplungen bei Selbst- und Fremderregung) eingebettet. Das übergeordnete Ziel des Teilverbundprojektes ist die Berechnung selbst- und fremderregter Schwingungen von Schaufeln mit nichtlinearen Deckbandkopplungen mit anschließender experimenteller Validierung. Ziel der Arbeit seitens DLR ist es, ein Verfahren zur nichtlinearen Simulation und Analyse von Grenzzyklusschwingungen zu entwickeln. Um dies zu ermöglichen, ist eine Laufzeit-Kopplung des nichtlinearen Strömungslösers TRACE mit dem nichtlinearen Strukturlöser CALCULIX im Zeitbereich zu realisieren. Hierzu sind Schnittstellen und eine Steuerungsschale zu entwickeln, die den Parallelablauf und die Kommunikation zwischen den Verfahren ermöglichen soll. Des Weitern, um die komplexen Schwingungsformen von Deckbändern abzubilden, muss das Verfahren TRACE und sein Vorprozesse erweitert werden.
Das Projekt "Angeregte Spezies in der Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Abteilung Laserchemie durchgeführt. Die bisherigen Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass es moeglich ist, das C1O-Radikal naszent und vollstaendig zustandsaufgeloest in dissoziativen und reaktiven Prozessen nachzuweisen, um die Dynamik solcher uni- und bimolekularer Elementarreaktionen aufzuschluesseln. Dabei zeigt sich, dass bei vielen atmosphaerisch relevanten Prozessen das C10-Produktmolekuel mit hoher interner Anregung (im wesentlichen Schwingungsanregung) gebildet wird. Es ist daher geplant, die Dynamik dieser Prozesse naeher zu charakterisieren und im Hinblick auf atmosphaerische Reaktions-/Relaxationsprozesse zu untersuchen. Primaer ist dies die UV-Photolyse von OC10, die zu extrem hoch angeregten C10 fuehrt, die Reaktion dieses C10(v groesser als O) mit N2 (zu Cl und N2O), H2O (zu HCl und HO2, bzw. HOCl plus OH) und die konkurrierenden Relaxationsprozesse von C10(v groesser als O) mit den relevanten Gasen N2, O2, H2O und Ar. Weiterhin soll die nunmehr bewaehrte Mehrphotonenanregungsspektroskopie mit VUV-Fluoreszenzdetektion auf I-, Br- und BrO-enthaltene atmosphaerische Molekuele ausgedehnt werden. Die Untersuchungen sind im Rahmen des JSPS mit der Analysentechnik im VUV eingesetzt.
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| Förderprogramm | 65 |
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