Das Projekt "Vorhaben Verbrennung 2.3.4 D: Fortgeschrittene Messmethoden der Verbrennungstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des COORETEC Programms AG Turbo 2020. Das Ziel der Vorhaben im Verbund 2.3.4 a,b,c und d ist die Entwicklung einer optischen Messtechnik für den Einsatz in Hochdruckbrennkammern mit einem minimal invasiven optischen Zugang. Dabei liegt der Fokus der Arbeiten auf zwei Themengebieten: 1. der Entwicklung optischer Messverfahren zur Bestimmung der Abgas-Temperaturen am Brennkammeraustritt., 2. der Untersuchung und Charakterisierung der Hauptreaktionszone einer Gasturbinenbrennkammer unter thermoakustischen Schwingungen. Hierbei liegt der Fokus der RRD Arbeiten auf dem letzten Punkt. Das DLR und die TU-Darmstadt entwickeln Messverfahren, die auf den Hochdruckprüfständen von Alstom im HBK2 und RRD im HBK3 zum Einsatz kommen. Das Ziel ist erreicht, wenn die aufgezeichneten optischen Messdaten dazu genutzt werden können, das Verständnis des Brennerfeldes zu verbessern und Auslegungsregeln für schwingungsarme Brenner zu entwickeln. Gemeinsam mit Alstom, DLR und TU-Darmstadt wird eine Spezifikation der einzusetzenden optischen Proben erstellt. Daraufhin wird Alstom die Proben herstellen und RRD zur Verfügung stellen. Diese werden dann im RRD Prüfstand im HBK3 eingesetzt, um Messungen in der Reaktionszone durchzuführen. Die Messdaten werden im Anschluss analysiert, um das Verständnis des Instabilitätsverhaltens zu verbessern. Weiterhin stellt RRD dem DLR einen Brennersatz zur Verfügung, damit dieser für die Validierungsversuche auf dem HBK1 eingesetzt werden kann.
Das Projekt "2.1.2 : Hochfrequenz Instabilitäten. Experimentelle Analyse und Modellbildung von transversalen Instabilitäten mit und ohne Selbstzündung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Aufbauend auf den Untersuchungen der Antragsteller im Projekt BY16GV des Verbundvorhabens KW21 setzt sich das Teilvorhaben das Ziel, thermoakustische Berechnungsmethoden für die Anwendung in der industriellen Auslegung und Analyse von Brennkammern bereitzustellen. Dazu sind einerseits die in der Teilvorhabensbeschreibung erläuterten, offen gebliebenen Fragen durch dedizierte Experimente zu beantworten, andererseits sollen die gefundenen Zusammenhänge in Berechnungsmodelle überführt und diese an experimentellen Vergleichsdaten validiert werden. 2. Arbeitsplanung: Das Teilvorhaben ist in sechs Arbeitspakete, drei experimentelle und drei theoretische strukturiert. Dies sind der Aufbau einer dedizierten Versuchsanlage für HF (Hochfrequenz) Schwingungen mit planaren Fenstern, und die detaillierte Untersuchung der Wärmefreisetzungsschwankung unter Variation der Wärmefreisetzungsverteilung im aerodynamisch und im selbstzündungsstabilierten Betrieb. Die gewonnenen Daten fließen in die parallelen Teilvorhaben sowie die eigene Modellbildung ein. Die theoretisch numerischen Arbeiten fassen die Erkenntnisse aus diesem und aus anderen Teilvorhaben in ein Berechnungswerkzeug auf der Basis der LNSE (Lineare Navier-Stokes Gleichungen) zusammen.
Das Projekt "Wärme zu Kälte - Ladeluftkühlung durch Abgasenergie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Energietechnik, Fachgebiet Maschinen- und Energieanlagentechnik durchgeführt. Das Projekt Heat2Cool befasst sich mit Möglichkeiten der Ladeluftkühlung bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren unter Umgebungstemperatur durch Einsatz einer thermisch angetriebenen Kälteanlage. In Kooperation mit dem Fachgebiet für Verbrennungskraftmaschinen wird mit Hilfe der Simulation das Potential der effizienteren Energienutzung im Motor und die damit einhergehende Minderung der CO2-Emission abgeschätzt. Das Institut für Maschinen- und Energieanlagentechnik untersucht die Eignung verschiedener Kälteprozesse, d.h. Ab- und Adsorption, Thermoelektrik, Thermoakustik, Dampfstrahl- und Vuilleumier-Kälteanlagen. In einer geplanten, sich anschließenden experimentellen Phase soll die Miniaturisierbarkeit der Kälteanlage und die Ergebnisse der realen Kopplung untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2.2.1B Robustes Hochtemperaturverbrennungssystem mit erweitertem Betriebsbereich (HTV-EB)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes AG Turbo 2020. Im Mittelpunkt dieses Vorhabens steht die Erweiterung des Betriebsbereiches eines robusten Hochtemperatur-Gasturbinenbrenners, mit dem niedrige Stickoxidemissionen bei hohen Temperaturen als auch geringe Kohlenmonoxidemissionen bei tiefen Temperaturen erreicht werden können. Außerdem soll mit Hilfe einer axialen Stufung thermoakustisch induzierte Verbrennungsinstabilitäten über einen größeren Betriebsbereich vermieden werden. Dazu soll eine umfassende akustische Charakterisierung für unterschiedliche Betriebsparameter zusammen mit verschiedenen optischen Messtechniken durchgeführt werden. Aus diesen Messungen wird ein umfangreicher Datensatz erstellt, mit dem Siemens Validierungen für die numerische Simulation durchführen kann. Für den Hochdruckbrennkammerprüfstand HBK-S soll eine Brennkammer entwickelt werden, die ein möglichst ähnliches akustisches Verhalten wie eine aktuell bei Siemens verwendete Gasturbinenbrennkammer hat. Mit der zusätzlichen axialen Stufung werden verschiedene Betriebspunkte hinsichtlich des akustischen Verhaltens und der Abgasemissionen charakterisiert. In einer zweiten Messkampagne werden dann für ausgewählte Betriebspunkte detaillierte laserdiagnostische Verfahren eingesetzt, mit denen der CO-Ausbrand, das Strömungsfeld und die Lage der Flammenfront bestimmt werden sollen.
Das Projekt "Projekt 3D Untersuchung von Simulationsmethoden zur Berechnung von Schadstoffemissionenn" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Fluiddynamik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung und Simulation der Schadstoffbildung in modernen Gasturbinenbrennkammern, unter Berücksichtigung nieder- und mittelfrequenter thermoakustischer Brennkammerschwingungen. Zuerst soll eine Literaturstudie durchgeführt werden, um existierende Modelle anhand verfügbarer Publikationen zu bewerten. Die geeignetsten Ansätze werden als Prototypen getestet. Ausgewählte Modelle werden in OpenFOAM implementiert. Im zweiten Schritt wird das verifizierte Simulationssystem für turbulente Verbrennung mit Schadstoffbildung auf einen realistischen Testfall angewendet. Derzeit ist als Testfall der Prototyp einer Siemens-Brennkammer vorgesehen, für den detaillierte Untersuchungen am Hochdruckbrennkammer-Versuchsstand der DLR Köln durchgeführt worden sind. Die Durchführung dieser Rechnungen erfordert Zeit auf einem Parallelrechner, die Siemens am Rechenzentrum Jülich einkaufen wird. Der Schwerpunkt der Simulationen liegt auf den Kohlenmonoxid-Emissionen bei reduzierter Last, der Stickoxidemission bei Höchstlast (base load), sowie der Thermoakustik zwischen zwei bis vier Can-Brennkammern. Die Simulationsergebnisse sollen anschließend im Detail analysiert und untersucht werden, um die Ursachen von Vorhersagefehlern einzugrenzen und sie spezifischen Modellannahmen zuzuordnen. Im dritten Schritt werden sogenannte PDF Methoden, welche die Verbundwahrscheinlichkeits-Dichtefunktion (PDF) der Spezieskonzentrationen transportieren und durch chemische Reaktionen modifizieren untersucht. Sie erlauben eine bessere Modellierung der Verbrennung in Bereichen wo die Flameletannahme überstrapaziert wird. Hierzu wird die Methode der 'Stochastic Fields' implementiert. Die erforderlichen Reaktionsmechanismen sollen durch systematische Reduktion und Optimierung detaillierter Modelle gewonnen werden. Die Implementierung soll an einem technischen System der Firma Siemens verifiziert werden. Das vierte Arbeitspaket widmet sich der Dokumentation und Berichterstattung.
Das Projekt "Entwicklung von Verbrennungstechnologien für die klimaschonende Energieerzeugung; Teilprojekt 2D: Anwendung - Thermoakustische Anpassung der Prüfstande im Clean Energy Center" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik, Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik - Hermann-Föttinger-Institut durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Anwendung des Konzeptes zur aktiven Anpassung der akustischen Randbedingung eines Hochdruckbrennkammerprüfstandes mit anschließender thermoakustischer Charakterisierung des Verbrennungssystems. Der zuvor entwickelte Prüfstand bietet zum einen die Möglichkeit, unter Hochdruckbedingungen thermoakustische Phänomene des Verbrennungssystems zu untersuchen. Dazu wird im Prüfstand eine stromauf- sowie stromabseitig akustische Anregung mit entsprechend ausgelegten Aktuatoren realisiert. Durch die Messung des akustischen Feldes kann die Flammenantwort auf diese Anregung untersucht werden. Dies erlaubt Rückschlüsse auf das thermoakustische Stabilitätsverhalten des Verbrennungssystems. Zum anderen wird das sogenannte Impedance Tuning genutzt. Hiermit kann die akustische Randbedingung des Prüfstandes so angepasst werden, dass sie der in der Maschine entspricht. Es werden die lineare und die nichtlineare Flammenantwort bestimmt. Im ersten Arbeitspaket wird die Flammenantwort verschiedener Brenner im Hochdruckverbrennungssystem mit den im vorangegangenen Projekt bestimmten Methoden messtechnisch erfasst. Im zweiten Arbeitspaket wird die akustische Randbedingung im Prüfstand mittels im Vorfeld entwickeltem Impedance Tuning nach den Vorgaben des Industriepartners angepasst. Das dritte Arbeitspaket umfasst die Systemmodellierung sowie eine Stabilitätsanalyse der vorgegebenen Brennersysteme.
Das Projekt "Entwicklung von Verbrennungstechnologien für die klimaschonende Ernergieerzeugung - Projekt 1C : Grundlagen: Thermoakustische Anpassung der Prüfstände im Clean Energy Center" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik, Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik - Hermann-Föttinger-Institut durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung, Aufbau und Test eines Hochdruckprüfstandes zur vollständigen akustischen Untersuchung von Verbrennungssystemen unter erhöhten Druckbedingungen am Clean Energy Center der Siemens AG. Um dieses Vorhaben zu realisieren, wird die Auslegung und der Aufbau des Prüfstandes unterstützt. Außerdem werden mehrere akustische Aktuatoren entwickelt und gefertigt, die die akustische Anregung des Prüfstandes ermöglichen. Ohne eine solche akustische Anregung, sowohl auf der Stromauf- als auch der Stromabseite des Verbrennungssystems, wäre eine vollständige akustische Untersuchung der Flammendynamik nicht möglich. Die angesprochenen Aktuatoren sollen im Rahmen dieses Projektes nicht nur entwickelt und gefertigt werden, sondern außerdem in den Hochdruckprüfstand des CEC implementiert und getestet werden. Die Arbeitsplanung des Projektes lässt sich grob in drei Hauptabschnitte einteilen: 1. Für die Unterstützung beim Aufbau des Prüfstandes kommen akustische Netzwerkmodelle zum Einsatz, um den optimalen Aufbau des akustischen Messequipments zu bestimmen. 2. Für die Entwicklung der akustischen Aktuatoren werden vielversprechende Aktuatorkonzepte ausgewählt und mithilfe von numerischen Berechnungen untersucht. 3. Die finalen akustischen Untersuchungen des Verbrennungssystems werden unter Zuhilfenahme von optischen Messungen und Druckmessungen durchgeführt.
Das Projekt "2.1.1 Thermoakustisches Stabilitätsverhalten einer mager betriebenen Brennkammer/Einfluss realistischer Brennkammerrandbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. Intensiver Forschung ist es gelungen, die Gefahr auftretender Pulsationen durch eine entsprechende Auslegung der Brennkammer einzuschränken und gezielt auf auftretende Probleme im Betrieb zu reagieren. Dennoch ist das Bereitstellen weiterer Stabilisierungsmaßnahmen unabdingbar. Und um schnell den Anforderungen des schwankenden Netzes zu folgen, sind zudem Gasturbinen in allen Leistungsklassen erforderlich, die einen astflexiblen Betrieb mit weiteren Brennstoffen problemlos erlauben. Die Problemstellungen erfordern zudem das Weiterentwickeln der Vorhersagemodelle der Schadstoffbildung, der Instabilitäten und deren Messtechnik. Die Arbeiten im Bereich Verbrennung verteilen sich auf die drei Gruppen 'Thermoakustik', 'Brennstoffflexibilität' sowie 'Analyse und Diagnose'.
Das Projekt "Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhabensgruppe: Hochtemperaturbrennkammertechnologie - Vorhaben 2.3.3 Thermoakustisches Stabilitätsverhalten einer mager betriebenen Brennkammer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GE Power AG durchgeführt. Als Teil des Verbundprojektes AG TURBO 2020 'Turbomaschinen für das emissionsarme Kraftwerk' Verbrennung in Gasturbinen sollen die Ergebnisse aus dem Projekt in künftige CO2-arme Kraftwerkskonzepte eingehen und einen wesentlichen Beitrag zur Qualifizierung von Turbomaschinenkomponenten für die neuen Anforderungen liefern. Das Ziel dieses Vorhabens ist es die Fähigkeit zu entwickeln, Instabilitäten der Magerverbrennung im gesamten Betriebsbereich schon frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen. Dazu müssen sowohl für das Erstellen einer detailgenauen Datenbasis die experimentellen Möglichkeiten zum Erfassen der thermoakustischen Instabilitäten basierend auf den bisherigen Erfahrungen deutlich erweitert werden als auch die vorhandenen numerischen Methoden hinsichtlich der Vorhersagefähigkeit verbessert werden. Die Arbeiten in diesem Vorhaben konzentrieren sich auf die Vorhersage von thermoakustischen Instabilitäten in Gasturbinenbrennkammern bei magerer Verbrennung im Teillastbereich mit Gas- und Flüssigbrennstoffen. Dies erfolgt durch den Einsatz eines thermoakustischen Hochdruckprüfstands und der Übertragung der Testdaten auf einen Vollringprüfling. Im Folgenden werden die einzelnen Arbeitsschritte kurz aufgeführt: AP1 Definition und Zusammenfassung, AP2 Prüfstandsaufbau und -inbetriebnahme, AP3 Hochdruckversuche, AP4 Datenanalyse & Netzwerkmodellierung und AP5 Messung der Entropiewellen.
Das Projekt "2.1.2C: Hochfrequenz Instabilitäten - LES-basierte Analyse hochfrequenter Verbrennungsinstabilitäten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Im Zusammenhang hochfrequenter thermoakustischer Instabilitäten von Vormischflammen soll insbesondere das Übertragungsverhalten der Flamme mittels Grobstruktursimulation charakterisiert und quantitativ bestimmt werden. Die Simulation soll darüber hinaus die Interpretation von Messdaten und die Stabilitätsprüfung (siehe Partnerprojekte bei Alstom, TUB, TUM) unterstützen. Spezielle Methoden zur Nachbearbeitung der Simulationsdaten - speziell Systemidentifikation (SI) und verwandte Ansätze - werden im Projekt in Kombination zum Einsatz kommen. Die geplanten Arbeiten lassen sich wie folgt gliedern: 1) Das Stochastic Fields / Progress Variable (SF/PV) Modell nach Kulkarni wird für die Grobstruktursimulation technisch vorgemischter, aerodynamisch stabilisierter Flammen validiert. 2) Niedrige akustische Reflexionskoeffizienten sind eine wichtige Voraussetzung für die Identifikation von Flammentransferfunktionen. Deshalb müssen Wand-Randbedingungen implementiert werden, die transversale akustische Moden nicht reflektieren. Für die ''brute force'' Simulation thermoakustischer Instabilitäten muss man mittels state-space oder Filter-Modellen eine frequenzabhängige akustische Impedanz-Randbedingung aufprägen.3) Identifikation des Übertragungsverhaltens der FlammeLES/SI mit Korrelationsanalyse setzt linear-zeitinvariantes Verhalten voraus. Dies ist für Flammen mit Selbstzündung bzw. Queranregung nicht gegeben, weshalb Methoden der nichtlinearen Identifikation zum Einsatz kommen müssen. (Text gekürzt)
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 13 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 13 |
| License | Count |
|---|---|
| open | 13 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 13 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 2 |
| Webseite | 11 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 4 |
| Lebewesen & Lebensräume | 6 |
| Luft | 9 |
| Mensch & Umwelt | 13 |
| Wasser | 4 |
| Weitere | 13 |