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Projekt
Entwicklung von Helmholtz-Energie basierten Multi-Parameter Zustandsgleichungen für neue binäre und multinäre Gemische von Arbeitsfluiden
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Roland Span; Dr.-Ing. Monika Thol, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Technische Thermodynamik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525876331
Aufgrund von Charakteristiken der Wärmespeicherung werden Arbeiten zum inversen Design von Carnot-Batterien mit hoher Wahrscheinlichkeit binäre und multinäre zeotrope Gemische als ideale Arbeitsmedien identifizieren. Und sehr wahrscheinlich wird es sich dabei um bisher nicht betrachtete Gemische handeln, für deren thermodynamische Eigenschaften in der Literatur nur wenige Daten zur Verfügung stehen. Während die Stoffdatenberechnung in Ansätzen zum inversen Design i.d.R. auf physikalisch basierten Zustandsgleichungen beruht, werden in einem zweiten Schritt genaue Stoffdaten benötigt, um die Ergebnisse validieren zu können. Für die genaue Berechnung von Stoffeigenschaften werden in energietechnischen Anwendungen vielparametrige empirische Zustandsgleichungen in Form der reduzierten Helmholtz-Energie verwendet. Der Zwang zur Beschreibung von neuen, schlecht vermessenen Arbeitsmedien hat zu großen Fortschritten bei der Anpassung solcher empirischer Zustandsgleichungen an kleine Datensätze reiner Stoffe geführt. Die entscheidenden methodischen Schritte waren dabei: - Die Reduktion von Interkorrelationen zwischen den Parametern der Gleichungen; - Die Betrachtung von Idealkurven als Kriterien für eine sinnvolle Extrapolierbarkeit; - Die Betrachtung einer Vielzahl von besonders sensitiven Stoffeigenschaften zur Überprüfung von physikalisch sinnvollem Verhalten; - Die Einführung von komplexen Nebenbedingungen in vollständig nichtlinearen Optimierungs- und Anpassungsalgorithmen; - Die Verwendung hybrider Datensätze bestehend aus experimentellen Daten und Simulationsergebnissen für die Ableitungen der Helmholtz-Energie. Auch die thermodynamischen Stoffdaten energietechnisch relevanter Gemische werden heute in hoher Genauigkeit mit vielparametrigen empirischen Modellen beschrieben, die in Form der reduzierten Helmholtz-Energie formuliert werden. Die Anpassung dieser Modelle bringt aber neue Freiheitsgrade mit sich, die nur für gut vermessene Gemische sicher beherrscht werden. Ziel des hier beantragten Projektes ist es, die in der Vergangenheit für die Beschreibung reiner Stoffe erzielten Erfolge auf die Erstellung von vielparametrigen Gemischmodellen zu übertragen. Aufgrund der komplexeren Struktur der Modelle und der sich ergebenden Zustandsflächen können aber nicht einfach bestehende Erkenntnisse übertragen werden. Vielmehr müssen neue, nur sinngemäß analoge Lösungen erarbeitet werden. Idealerweise in Zusammenarbeit mit anderen Projekten, die in geeigneter Form experimentelle Daten und Ergebnisse molekularer Simulationen beisteuern können und die die exemplarische Anwendung der Ergebnisse ermöglichen, kann das beantragte Projekt die benötigte Stoffdatenbasis für die Arbeiten im SPP bereitstellen. Die zu entwickelnden methodischen Ansätze können darüber hinaus dazu beitragen, dass in Zukunft in vergleichsweise kurzer Zeit verbesserte Stoffdatenmodelle für eine Vielzahl von technischen und wissenschaftlichen Fragestellungen entwickelt werden können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
