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Teilvorhaben 3.2.9; Hybride Modelle

Das Projekt "Teilvorhaben 3.2.9; Hybride Modelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Strömungsmaschinen durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes AG-Turbo2020 Teilverbundprojekt 'Kühlung'. Konventionelle Reynolds gemittelte Navier-Stokes Verfahren (RaNS) stoßen an ihre Grenzen bei der Simulation komplexer Strömungen wie z.B. der Kühlluft-Heißgas-Interaktion an filmgekühlten Oberflächen. Mit Large Eddy Simulationen (LES) können bessere Ergebnisse erzielt werden, bei allerdings deutlich höherem Aufwand. Durch die Kopplung von RaNS und LES in sog. hybriden Turbulenzmodellen werden Simulationen in der Qualität von LES bei erheblich reduziertem Rechenaufwand gegenüber einer reinen LES ermöglicht. Von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Rechenergebnisse sind die Kriterien nach denen zwischen RaNS und LES 'umgeschaltet' wird. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen hybride Modelle eingesetzt, auf ihre Eignung geprüft und weiterentwickelt werden. Die Analysen sollen anhand der Kühlluftausblasung aus einer konturierten Bohrung durchgeführt werden. Hierbei soll sowohl der Einströmvorgang in die Bohrung, die Durchströmung der Bohrung, als auch der Mischungsvorgang mit dem Heißgas erfasst werden. Die numerischen Analysen stützen sich auf umfangreiche experimentelle Daten, die am Institut für Thermische Strömungsmaschinen verfügbar sind. Vorhabensschritte: 1: Wahl von Ausblasegeometrie und Betriebspunkten, 2: Erstellung von Computermodellen und Rechengitter,3: Durchführung der Simulationen, 4: Auswertung und Vergleich mit exp. Werten, 5: Entwicklung eines neuen Umschaltkriteriums

Teilvorhaben: 1.3a und 2.1a

Das Projekt "Teilvorhaben: 1.3a und 2.1a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Energy Global GmbH & Co. KG durchgeführt. AP1.3 Im Rahmen des Arbeitspaketes sollen auf Basis von Materialversuchen und mikrostrukturellen und fraktografischen Untersuchungen der TU Kaiserslautern an der polykristallinen Nickelbasis-Superlegierung René 80 die Wechselwirkungen von Kriechen und HCF charakterisiert werden. Die Ergebnisse der TU Kaiserslautern sollen bei der Siemens AG mithilfe von Werkstoffmodellen beschrieben werden, welche die Interaktion von Kriechen und HCF berücksichtigen. Auf Basis der Werkstoffmodelle wird den Beanspruchungsarten eine Wahrscheinlichkeit für die Lage der Inhomogenitäten (Poren und Anrisse) sowie eine Ausfallwahrscheinlichkeit zugeordnet, wobei deren Interaktion im Weiteren mit probabilistischen Methoden betrachtet wird. In einer Designumgebung soll eine probabilistische Auslegung von Gasturbinenkomponenten unter realistischen Lastkollektiven erfolgen, sodass eine zuverlässige Bewertung der flexibleren Betriebsweise der Gasturbine möglich ist. AP2.1 Im Rahmen dieses Arbeitspaketes soll ein Radialverdichter konstruiert, gefertigt und an den Kooperationspartner Universität Duisburg-Essen (UDE), Lehrstuhl für Strömungsmaschinen übergeben werden. Durch den Kooperationspartner werden experimentelle Untersuchungen zur Wassereinspritzung in Radialverdichter durchgeführt. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen werden numerische Berechnungen zur physikalischen Modellierung in einem existierenden Meridianebenenverfahren (tFlow) durchgeführt. Eine Kombination von Numerik und Experiment ermöglicht eine Beschreibung der physikalischen Vorgänge für die Auslegungstools und ermöglicht nach der Validierung im Radialverdichterprüfstand die Übertragung der Grundlagenuntersuchungen des Projektes auf industrielle Maschinen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kraken Power GmbH durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Lehrstuhl Strömungsmaschinen durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Elektrische Energietechnik, Lehrstuhl Leistungselektronik und Elektrische Antriebe durchgeführt. Im Rahmen von OTC Thruster, welches sich im Innovationsfeld OTC Subsea Mobility & Autonomy befindet, soll ein leises und vibrationsarmes nabenloses Antriebssystem erforscht und getestet werden. Die Aufgabenstellung ergibt sich einerseits aus der installierten hochsensiblen Sensorik auf den Unterwasserfahrzeugen, welche durch Hydroschall gestört werden kann, und andererseits in dem Ziel die Verschmutzung der Ozeane zu reduzieren, wobei explizit auch Lärm dazu zählt. Die hohe Komplexität ergibt sich durch viele verschiedene Randbedingungen, wie zum Beispiel eine mögliche Druckneutralität oder Modularität des Gesamtsystems. Dieses Ziel soll durch die intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität erreicht werden. Dabei sind die System- und Motorenentwicklung, durchgeführt von der Kraken Power GmbH, das Propellerdesign, durch den Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, und der Umrichterentwurf, bearbeitet vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe, eng miteinander verzahnt, um die herausfordernden Ziele zu erreichen. Dabei werden verschiedene Propellerdesigns simuliert und optimiert, passende Elektromotoren mit Gehäuse und Umrichter mit hohen Schaltfrequenzen und passenden Filtern entworfen. Eine Erprobung soll erfolgen, um den Einfluss der verschiedenen Maßnahmen auf das Ziel der geringen Emission zu erforschen. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Kompetenzen gestärkt und Nachwuchswissenschaftler und Ingenieure ausgebildet.

FHprofUnt 2015: High Efficiency Low Noise HeaTeilprojekt ump Dryer - Teilprojekt B

Das Projekt "FHprofUnt 2015: High Efficiency Low Noise HeaTeilprojekt ump Dryer - Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Hochschule für Technik, Fachbereich II Mathematik, Physik und Chemie durchgeführt. Durch den Einsatz von Wärmepumpen in Wäschetrocknern wird der Energieverbrauch gegenüber konventionellen Wäschetrocknern signifikant reduziert. Eine weitere Verbreitung wird durch deren höheres Geräuschniveau erschwert, welches durch den prinzipiell erhöhten Strömungswiderstand und den höheren Volumenstrom für den Wärmepumpen-Prozess bedingt ist. Für die Vorhersage und Optimierung der Strömungsgeräusche stehen derzeit keine geeigneten Methoden zur Verfügung. Im Rahmen von HELNOISE sollen entsprechende Werkzeuge für Wärmepumpentrockner, speziell für die Luftführung und den neuen Ventilator, weiterentwickelt werden. Ziel ist es, Radiallüfter und Luftführungen zu entwickeln, die im Hinblick auf die Gesamtakustik und den Energieverbrauch optimiert sind. Hierzu sollen die folgenden Arbeiten durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung der Aeroakustik werden verschiedene hoch-effiziente Radiallüfter entworfen und die Kennlinien mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) berechnet. Darauf basierend werden die für die Akustik entscheidenden instationären Strömungsfelder berechnet (Arbeitsgruppe Strömungssimulation von Prof. Frank, HTW, Teilprojekt A). Verschiedene hochauflösende, experimentelle Methoden dienen zur Validierung der numerischen Ergebnisse. Diese Datensätze der instationären Druckschwankungen bilden die Rechenbasis, mit deren Hilfe die Schallabstrahlung von Ventilatoren in das akustische Fernfeld vorherbestimmt werden kann (Arbeitsgruppe Akustiksimulation von Prof. Ochmann, Beuth, Teilprojekt B). Hierfür werden die Randdaten der Geschwindigkeit und des Druckes auf einer die Strömungsmaschine umgebenden Hüllfläche bestimmt und als Eingabedaten für ein Randelementeverfahren (Boundary Element Method, BEM) verwendet. Als integrale Optimierungsgröße wird die abgestrahlte Schallleistung berechnet. Die gemeinsam erzielten Ergebnisse werden an einem realen Lüfter-Prototypen experimentell überprüft, die Methoden validiert und das Gesamtsystem optimiert.

Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern (FleGs)

Das Projekt "Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern (FleGs)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWE Power AG durchgeführt.

(KOMET 650) - Erprobung von Regelarmaturen für Kraftwerke im Temperaturbereich 620-650 Grad Celsius

Das Projekt "(KOMET 650) - Erprobung von Regelarmaturen für Kraftwerke im Temperaturbereich 620-650 Grad Celsius" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Welland und Tuxhorn AG durchgeführt. Regelventile sind zum Betrieb eines Kraftwerkes wichtige Komponenten. Sie dienen der Regelung der Dampfdrücke sowie Temperaturen und sorgen wesentlich für die Einstellung des jeweils gewünschten Betriebszustandes. In der Versuchsstrecke wird eine Teststrecke für ein mehrstufiges pneumatisch betriebenes Versuchsventil implementiert. Um die Temperatur in der Großrohrteststrecke über den Dampfmassenstrom zu gewährleisten, wird im Prallelstrang ein zweites, ebenfalls mehrstufiges Regelventil mit elektrischem Antrieb installiert. Im wesentlichen werden folgende Versuche durchgeführt: - Temperaturverlauf am Ventil/ - Verschleißversuche/ - Dichtheitsmessungen/ - Temperaturbelastung/ - Dauertest

Centres of Excellence for Industrial Gas Turbines

Das Projekt "Centres of Excellence for Industrial Gas Turbines" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen durchgeführt.

Entwicklung und Validierung von Simulationstechniken zur Fluid-Struktur-Interaktion für den Entwurf von Kleinwindturbinen

Das Projekt "Entwicklung und Validierung von Simulationstechniken zur Fluid-Struktur-Interaktion für den Entwurf von Kleinwindturbinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fachgebiet Strömungsmaschinen (FSM) durchgeführt. In Regionen mit schwach ausgebauter Infrastruktur und geringer Bevölkerungsdichte sind Kleinwindkraftanlagen ein zukunftsfähiges Konzept zur dezentralen Versorgung mit elektrischer Energie. In besonderer Weise gilt dies für Regionen, wie sie z.B. im Süden von Argentinien, in Patagonien, bestehen. Die Gewinnung elektrischer Energie beruht derzeit dort im Wesentlichen auf dieselmotorisch angetriebenen Kleinkraftwerken. Andererseits besteht dort aber ein hohes Potenzial an Windenergie. Aufgrund der infrastrukturellen Voraussetzungen und der meist sehr hohen Windgeschwindigkeiten, können technisch komplexe und große Windenergieanlagen, wie sie heute in Mitteleuropa eingesetzt werden, nicht verwendet werden. Es besteht aber ein Bedarf an kleineren und sehr robusten Anlagen mit gutem Wirkungsgrad und geringem Wartungsaufwand. In Verbindung mit einer geeigneten Wasserstofftechnologie zur Zwischenspeicherung und Gasmotoren oder Mikrogasturbinen und/oder wirtschaftlicher Batterietechnologie, lässt sich damit eine wirtschaftliche, umweltfreundliche und robuste Versorgung mit elektrischer Energie realisieren. Zur Beherrschung hoher Belastungen durch Windkräfte am Rotor muss der Fluid-Struktur-Interaktion beim Entwurf eine wichtige Rolle zugewiesen werden. Strömungs- und Strukturmechanik. ITBA: FEM-Methoden zur Strukturmechanik; FSM: CFD/CSD-Verfahren zur Berechnung von Strömungen und Fluid-Struktur-Interaktion in Strömungsmaschinen.

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