Heißgaserzeuger - HGE

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450259830

Das beantragte Großgerät Heißgaserzeuger (HGE) wird das Heißgas für drei Prüfmodule des Instituts für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung (IKW) bereitstellen. An diesem Antrag sind zwei Arbeitsgruppen (AG) des IKWs beteiligt, die AG Rankine-Kreislauf für Waste Heat Recovery-Anwendungen und die AG Wärmeübertragung. Die AG Wärmeübertragung teilt sich in die Forschungsbereiche Schüttungen und Komplexe Rohrgeometrien auf. Im Folgenden werden die Forschungsvorhaben der beiden AGs erläutert.In der AG Rankine-Kreislauf für Waste Heat Recovery-Anwendungen wird ein neuartiges Optimierungsverfahren zur ganzheitlichen Auslegung von Rankine-Kreisläufen entwickelt. Dieses soll ein gemeinsames Optimum für das Arbeitsfluid, die Verschaltung, die Bauart und -größe der Komponenten des Rankine-Kreislaufs finden können. Derzeit ist noch keine solche Optimierungsmethode in der Literatur beschrieben, welche dabei Rückschlüsse auf die Baugröße der Komponenten ermöglicht. Der Fokus liegt dabei auf der Modellierung des Expanders, dessen optimale Auslegung großes Potential in dynamischen Systemen bietet. Das bereits existierende Organic-Rankine-Cycle-Prüfmodul soll dafür am HGE betrieben werden, um dieses Forschungsvorhaben mit einer Datenbasis auszustatten.Im Forschungsbereich Schüttungen soll der genaue Einfluss der Strahlung auf die Wärmeübertragung in monodispersen Schüttungen untersucht und modeltechnisch abgebildet werden. Basis für diese Modellierung bilden die Messungen im Hochtemperaturbereich bis 800 °C. Das Heißgas für diese Messungen wird durch den HGE zur Verfügung gestellt. Mithilfe eines eigens entwickelten Bilderkennungsverfahrens soll die Partikelanordnung berücksichtigt werden können und im nächsten Schritt als Basis für numerische Modelle der Wärmeübertragung dienen. Hierdurch wird die geometrische Ähnlichkeit von Simulation und Experiment sichergestellt. Die Validierung der numerischen Modelle soll mittels der Messdaten erfolgen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen auf polydisperse Schüttungen erweitert werden.Im Forschungsbereich Komplexe Rohrgeometrien sollen passive und aktive Maßnahmen hinsichtlich der Verbesserung des Wärmeübergangs und ihrem Einfluss auf den Druckverlust untersucht werden. Passive Maßnahmen sind längsverdrillte und oberflächenvertiefte Rohre. Aktive Maßnahmen sind Oberflächenvibrationen und akustische Anregungen. Der Wärmeübergang und der Druckverlust sollen in numerischen Modellen untersucht und mit experimentellen Daten abgeglichen werden. Basis für die Messungen ist der Heißgas-Massenstrom des beantragten Geräts. Die Messungen sollen im gesamten Massenstrom- und Temperaturbereich durchgeführt werden. Dies führt zu Reynolds-Zahlen von 550 bis 140.000 im Bereich von 20 – 800 °C und deckt so auch Hochtemperaturanwendungen ab.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Heißgaserzeuger - HGE
• Gerätegruppe: 8430 Lufterhitzer, Luftheizgeräte (transportabel), Infrarotheizgeräte und -anlagen)
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Roland Scharf