Das Projekt "Flexible fossile Kraftwerke für den zukünftigen Energiemarkt durch neue und fortschrittliche Turbinentechnologien - WP4 TUD: Auslegung und Entwicklung eines Heißgasprüfstandes (HTCTR)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für thermische Energiemaschinen und -anlagen durchgeführt. Im Rahmen des Projekts wird ein Prüfstand entwickelt und gebaut, mit dessen Hilfe gekühlte Komponenten aus der Brennkammer- und Turbinensektion untersucht werden können. Unter betriebsnahen Bedingungen wird ein Wärmeübergang an der Oberfläche der Proben geschaffen, der es unter Einsatz von Heißgas und Kühlluft erlaubt, thermische Beanspruchungen im Betrieb zu simulieren.
Schwerpunkt der Untersuchungen ist dabei eine thermisch-zyklische Beanspruchung der Proben mit dem Forschungsziel, Kühlkonzepte und neue Materialien für die Auslegung und Herstellung von Komponenten weiterzuentwickeln.
Das Projekt "Nr. 4.3.6 Thermisches und mechanisches Verhalten von Turbinengehäusen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für thermische Energiemaschinen und -anlagen durchgeführt. Auf Grund ihrer modularen Bauweise weisen Industriedampfturbinen zwischen ihren Leitgitterträgern und dem Außengehäuse dampfgefüllte Seitenräume auf. Das Fluid in diesen Umfangskavitäten mit T- oder L-förmigen Querschnitt wird durch die äußere Hauptströmung (Ringspaltströmung) angetrieben. Die sich ausbildenden mehrdimensionalen Wirbelstrukturen, die durch mögliche Dampfanzapfungen, -entnahmen oder -einkopplungen noch zusätzlich beeinflusst werden können, bestimmen das Wärmeübergangsverhalten zwischen Fluid und Außenwand. Mischkonvektion führt in diesen Bereichen zur ungleichmäßigen Aufheizung des Außengehäuses. Vor allem im instationären sowie im Teillastbetrieb haben die damit verbunden thermischen Gehäuseverformungen starken Einfluss auf die Teilfugendichtheit sowie auf die Radialspiele zwischen Rotor und Stator. Um das thermomechanische Verhalten des Gehäuses bereits im Auslegungsprozess für verschiedene Lastfälle zuverlässig und effektiv mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) vorherzusagen und entsprechend zu optimieren, reicht der Wissensstand zum Wärmeübergang in den Seitenräumen nicht aus. Aus diesem Grund wird in Zusammenarbeit mit der Siemens AG ein druckluftbetriebener, skalierter Versuchsstand entwickelt und am Zentrum für Energietechnik der TU Dresden errichtet. Mit der modularen, größenverstellbaren Versuchsanordnung sind systematische Untersuchungen zum Wärmeübergang in repräsentativen Seitenräumen in Abhängigkeit von deren Geometrie und von den Strömungsverhältnissen (Reynolds-Zahl, Drall) in der Hauptströmung möglich. Für die Messung der lokalen Wärmeübergangskoeffizienten entlang der Innenoberfläche der Seitenraumaußenwand kommen gleichzeitig zwei verschiedene, rückwirkungsarme Messverfahren mit nur sehr geringem Wärmeeintrag in das System zur Anwendung: die stationäre inverse Methode sowie die lokale Übertemperaturmethode. Parallel erfolgt die Nachrechnung ausgewählter Fälle mittels numerischer Strömungssimulation (CFD), mit der die experimentellen Ergebnisse verglichen werden. Neben der weiteren Qualifikation der verwendeten Messmethoden zur Bestimmung von Wärmeübergangkoeffizienten für ähnliche Aufgabenstellungen sowie für industrierelevante Anwendungen besteht das Ziel der Untersuchungen in der Entwicklung allgemein gültiger Ansätze (Aufstellen von NUSSELT-Korrelationen) und damit in der Erweiterung des Wissensstandes für den Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinengehäusen sowie in Kavitäten allgemein. Durch Einpflegen der Ergebnisse als thermische Randbedingungen in die FEM-Berechnung werden die Vorhersagequalität des thermomechanischen Verhaltens im instationären Betrieb und damit die Lastflexibilität von Industriedampfturbinen verbessert und Optimierungspotentiale bei der Gehäusegestaltung aufgezeigt.
Das Projekt "Untersuchung der Verbesserung des Wärmeübergangs an Rohren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik (E302) durchgeführt. Durch die Verbesserung des Wirkungsgrades von Wärmeübertragern kann Primärenergie eingespart werden, was zur Verminderung des CO2-Ausstoßes beiträgt. Im vorliegenden Projekt sollen Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs an Rohren sowohl experimentell als auch numerisch untersucht werden. Ziel ist, Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs zu evaluieren und die Verbesserungen zu quantifizieren.
Das Projekt "Reduktion des Energiebedarfes von Lackdrahtmaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung durchgeführt. In Lackdrahtmaschinen werden Kupferdrähte für die Elektroindustrie mit Lack beschichtet, der durch spezielle Düsen aufgebracht wird. Zur Trocknung und Härtung der einzelnen Lackschichten wird der Draht von heißer Luft umströmt. Die hohe Temperatur der Prozessluft wird zum Großteil durch elektrische Beheizung erreicht. Prozessbedingt muss ein Teil dieser Luft direkt nach der katalytischen Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, also aus dem Bereich mit der höchsten Temperatur, abgeführt werden, was große Energieverluste bedeutet. Auch die Energieverluste über die Maschinenoberflächen sind bedeutend. Ziel des Vorhabens ist die Reduktion des Energiebedarfs dieser Anlagen. Ein Ansatzpunkt dazu ist eine Effizienzsteigerung des Prozesses durch Optimierung des Wärme- und Stoffüberganges an der Drahtoberfläche. Die Minimierung von Strömungsverlusten soll zu geringerem Energiebedarf von Aggregaten führen. Innovative Konzepte für einzelne Baugruppen sollen den spezifischen Energiebedarf weiter senken, und speziell die Nutzung der unvermeidbaren heißen Abluft für anlagenrelevante Sekundärprozesse scheint vielversprechend.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen, Professur Verfahren und Umwelt durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht in einer deutlichen Verkürzung der gegenwärtig üblichen Trocknungs- und Brennzeiten in Trocknern und Öfen der keramischen Industrie. Durch eine Optimierung des Wärme- und Stoffüberganges soll eine Annäherung an die theoretisch optimalen Durchlaufzeiten erreicht werden. Dabei muss selbstverständlich berücksichtigt werden, dass die Aufheiz- und Abkühlvorgänge und die damit verbundenen Stoffumwandlungsvorgänge so gestaltet sind, dass eine hohe Produktqualität gewährleistet ist. Durch die Verkürzung der thermischen Behandlung ist eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs möglich. Im Anschluss an die in der IBK GmbH Weimar durchgeführten Untersuchungen liegt nunmehr der Schwerpunkt der Arbeiten auf der Optimierung des Trocknungsprozesses. Hierzu ist mit Hilfe des Berechnungsprogramms 'Fluent' eine Simulation zu erarbeiten und anhand von Laborversuchen (Impulstrockner) und Praxisversuchen (Firma Jacobi) zu validieren. Die Ergebnisse fließen direkt in einen Vorschlag zum Umbau eines Kammertrockners ein, der im Verlauf des Vorhabens durch die Firma Jacobi realisiert und abschließend messtechnisch überprüft wird.