Forschungsprojekte am ITT
SFB/Transregio 150: Modellreduktion für Reaktions-Transport-Systeme im Abgasstrang
Das Verhalten chemisch reaktiver Strömungen wird in entscheidender Weise durch die Anwesenheit von Wänden beeinflusst. Dies gilt für zahlreiche technologisch und wissenschaftlich bedeutsame Prozesse, wie die Schadstoffbildung in Verbrennungssystemen, die Bildung prozessstörender Ablagerungen in der Energie- oder Verfahrenstechnik oder allgemein katalytische Effekte. Wandnahe Prozesse beeinflussen in entscheidender Weise neue Technologiekonzepte. Beispiele sind die Entwicklung von Motoren, Gasturbinen, Kraftwerken oder Prozessen in der verfahrenstechnischen Industrie. Trotz ihrer hohen Bedeutung sind die zugrunde liegenden Einzelmechanismen und ihr Zusammenwirken nicht oder nur unzureichend bekannt.
Forschergruppe 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung
Die Forschergruppe befasst sich mit thermischen Maschinen, die je nach Bedarf mechanische Arbeit, Wärme und Chemikalien abgeben oder aufnehmen können. Während der Wandlung geht es darum, den Wert der zugeführten Energie, der anhand der Exergie quantifiziert werden kann, möglichst wenig zu reduzieren. Eine solche Maschine mit mehrfachem Output wäre ein Polywandler (bzw. Polygenerator), eine Kolbenmaschine, die auch als chemischer Reaktor fungiert. Um die Möglichkeiten solcher Maschinen vollständig nutzen zu können, ist es wichtig, dass der Zeitbedarf für das Umschalten zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi kürzer ist als die typischen zeit-lichen Fluktuationen des Bedarfs und Angebots an verschiedenen Energieträgern. Dies sollte im Prinzip bei Kolbenmaschinen möglich sein, die ihre diesbezüglichen Vorteile heute schon unter hochdynamischen Betriebszuständen ausspielen.
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Forschergruppe 1447: Safety Related Ignition Processes
Brennbare Mischungen können durch verschiedene Zündquellen entzündet werden. Innerhalb der Forschergruppe FOR 1447 werden fünf wichtige Zündquellen variierend von heißen Oberflächen bis hin zu heißen Freistrahl Flows untersucht. Hinsichtlich der typischen Anwendungen im Bereich der Sicherheitstechnik kann der Zündvorgang durch verschiedene Transportvorgänge beeinflusst werden, die in der Regel die Zündung durch Wärmeverluste usw. stören. Im Falle von heißen Oberflächen wird die Selbstentzündungstemperatur einer brennbaren Mischung hauptsächlich durch chemische Reaktionen dominiert. Der Einfluss von Störungen auf dem Zündvorgang wird umso wichtiger, wenn heiße Partikel, mechanische Funken, elektrische Entladungen oder heißen Freistrahl als mögliche Zündquellen fungieren. Darüber hinaus müssen verschiedene Transportprozesse wie z.B. molekularer Transport, laminare und turbulente Strömung berücksichtigt werden. Die Zündverzugszeiten der brennbaren Mischungen müssen, um auftretende Verluste auszugleichen, reduziert und genügend Energie von den Zündquellen geliefert werden.
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Modellierung, Simulation und Kompensation von therm. Bearbeitungseinflüssen für komplexe Zerspanprozesse
In nahezu allen spanenden Fertigungsprozessen werden die herzustellenden Bauteile in erheblichem Maße thermisch beeinflusst. Die bei den Zerspanprozessen im Wesentlichen aus Scher-, Reib- und Trennarbeit resultierende Wärmeenergie fließt über das Werkstück, die entstehenden Späne sowie die eingesetzten Werkzeuge und über den Kühlschmierstoff (KSS) ab. Daneben erzielt der KSS durch seine Schmierwirkung eine Verringerung der Reibungsarbeit. Bei der Trockenbearbeitung und bei Minimalmengenschmierung entfällt diese Temperierung und die Schmierung ist zumindest reduziert. Im Fertigungsprozess entstehende transiente Wärmefelder und die sich im Bauteil akkumulierende Wärme stellen eine deutliche Beeinträchtigung am Fertigteil hinsichtlich der einzuhaltenden Toleranzen dar. Denn zahlreiche trockene oder minimalmengengeschmierte Bearbeitungsoperationen bewirken ein komplexes thermisches Belastungskollektiv, das zu thermisch bedingten Form- und Maßabweichungen des Bauteils führt und sein Verhalten im späteren Gebrauch entscheidend verändert. Aufgrund fehlender Grundlagenerkenntnisse können diese Einflüsse zurzeit in der Praxis nur durch aufwändige Einfahrversuche vermieden werden.
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Zerfallskinetik organischer Fluoreszenztracer unter ver-brennungsmotorischen Bedingungen: Modellierung
Viele Spezies, die als Produkte oder als intermediäre Stoffe in Verbrennungsvorgängen auftreten, wie NO, CO, C2H, CH, CH2O oder OH können durch laserinduzierte Fluoreszenz sichtbar gemacht werden. In der Motordiagnostik ist man zudem an Verfahren zur Bestimmung lokaler Kraftstoffkonzentrationen und Temperaturfelder interessiert. Dies kann erreicht werden, indem dem Kraftstoff ein Fluoreszenzmarker (sog. Tracer) als zusätzliche Komponente beigemischt wird. Aufgabe des Tracers ist es, die Kraftstoffverteilung durch Laserlicht sichtbar zu machen. Am Institut für Technische Thermodynamik werden u.a. numerische Untersu-chungen von Tracer/Brennstoff/Luft Mischungen unter verbrennungs-relevanten Bedingungen durchgeführt. Für die Modellierung werden zuverlässige Reaktionsmechanismen benötigt.
Weitere Informationen zum Projekt "Zerfallskinetik organischer Fluoreszenztracer" finden Sie hier.
Flammenbeschleunigung in Wirbelröhren durch verbrennungsinduziertes Wirbelaufplatzen
Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des verbrennungsinduzierten Wirbelaufplatzen in seinen verschiedenen Erscheinungsformen und dessen Modellierung mit unterschiedlichem Detaillierungsgraden. Hierbei soll insbesondere versucht werden, die bisher erst in Ansätzen verstandene Kopplung der Wechselwirkung zwischen der chemischen Reaktion und der Wirbeldynamik mit der Rückkopplung der Wirbeldynamik über die Turbulenz auf den chemischen Umsatz aufzuklären und der effizienten Berechnung zugänglich zu machen.
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Weiteres zum Teilprojekt „PDF-Modellierung“ des ITT
Kontrollierte Selbstzündung - HCCI
Ziel bei der Entwicklung moderner Verbrennungsmotoren muss es sein, die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren ohne dabei eine Minderung der Leistung zu erhalten. Dazu ist ein detailliertes Verständnis der Vorgänge im Brennraum des Verbrennungsmotors unerlässlich. Optische Verfahren wie Laser induzierte Fluoreszenz (LIF) ermöglichen neue Möglichkeiten diese Vorgänge direkt im Brennraum zu untersuchen. Gemeinsam mit fortschrittlichen numerischen Verfahren entsteht so eine Motor-Diagnostik die helfen kann, effizientere und emissionsärmere Motoren zu entwickeln. Ein vielversprechendes Brennverfahren ist die Selbstzündung homogener Kraftstoff-Luft-Gemische (HCCI), die hier genauer untersucht werden soll.
Weiteres zum Teilprojekt „Kontrollierte Selbstzündung“ des ITT
Vorentflammung
Moderne Verbrennungsmotoren, wie sie für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, sollen einen hohen Wirkungsgrad und geringes Gewicht aufweisen. Daher geht der Trend zu immer kleineren Aggregaten mit sehr hoher spezifischer Leistung. Dies führt zu immer höheren Gasdrücken und -temperaturen im Zylinder; immer häufiger wird eine weitere Verbesserung der Motoren derzeit durch die sogenannte Vorentflammung limitiert.
Weiteres zum Teilprojekt „Vorentflammung“ des ITT
Experimentelle Untersuchung turbulenter reagierender Mehrphasenströmungen
Mit Hilfe moderner laseroptischer Verfahrens werden Verbrennungsprozesse von definierten Tropfenketten in einer Erdgas-Umgebungsflamme oder Sprayflammen untersucht. Ergebnisse aus diesen Experimenten können mit Simulationsrechnungen verglichen werden, die den Verdampfungs-, Mischungs- und Verbrennungsvorgang modellieren.
Weiteres zum Teilprojekt „Turbulente reagierende Mehrphasenströmungen“ des ITT
Chemie der Verbrennung
Bereits bei der Verbrennung kleiner Kohlenwasserstoffe liegen der chemischen Kinetik Reaktionsmechanismen von großem Umfang zugrunde. So besteht zum Beispiel bereits der Reaktionsmechanismus für die Verbrennung von Methan aus 34 verschiedenen chemischen Spezies, die in 302 Elementarreaktionen miteinander reagieren. Betrachtet man die Verbrennung komplexer Kohlenwasserstoffe, so kann sich die Anzahl der chemischen Spezies auf mehrere hundert, die Anzahl der Elementarreaktionen auf mehrere tausend belaufen. Eine genaue Kenntnis dieser detaillierten Reaktionsmechanismen ist von großer Bedeutung, um kinetisch kontrollierte Prozesse, wie Schadstoffbildung, Zündung und Flammenlöschung korrekt beschreiben zu können.
Weiteres zum Teilprojekt „Chemie der Verbrennung“ des ITT