Es werden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum pneumatischen Transport von pulverfoermigen Stoffen durchgefuehrt. In Abhaengigkeit von der Feststoffbeladung, den thermodynamischen Zustandsgroessen und den Massenstromdichten treten auch bei solchen Gas-Feststoffstroemungen Zustaende auf, bei denen die sogenannte kritische Massenstromdichte erreicht wird, d.h. auch bei weiterer Druckabsenkung am Rohraustritt kann keine weitere Steigerung der Durchflussraten erreicht werden. Zusaetzlich werden prinzipielle Fragestellungen zum Waermeuebergang bei derartigen Stroemungen untersucht.
Der Einsatz druckaufgeladener zirkulierender Wirbelschichten als Feuerungssystem fuer Festbrennstoffe (Kohle) erlaubt den Einsatz des Gasturbinenprozesses. Hierdurch ist es moeglich, den Wirkungsgrad kohlegefeuerter Kraftwerke zu erhoehen. Die zirkulierende Wirbelschicht ihrerseits erlaubt durch Zugabe von Kalkstein in den Feuerungsraum eine In-situ-Entschwefelung. Die niedrige Feuerraumtemperatur ist ursaechlich fuer geringe Stickoxidemissionen, so dass nachgeschaltete Reinigungsanlagen nicht erforderlich sind. Im Forschungsvorhaben werden an einer kaltbetriebenen zirkulierenden Wirbelschicht die bis zu einem statischen Druck von 60 bar betrieben werden kann, Untersuchungen zur Stroemungsmechanik und Waermeuebergang durchgefuehrt. Es zeigt sich, dass gegenueber atmosphaerisch betriebenen zirkulierenden Wirbelschichten ein geaenderter Stroemungszustand auftritt und der wandseitige Waermeuebergang verbessert ist.
Entwicklung eines Kalium-Sattdampf-Vorschaltprozesses vor einem konventionellen Wasser-Dampf-Prozess. Mit diesem Verfahren lassen sich bei Gas- oder Oelfeuerung Wirkungsgrade ueber 55 v.H., bei Kohlefeuerung ueber 50 v.H. erreichen. Untersuchung des Materialverhaltens in Kalium bis 900 Grad Celsius. Entwicklung von Komponenten und Studium des Betriebsverhaltens.
Siehe BMBF/BEO-Jahresberichte des FIZ-Karlsruhe, Buero Bonn, Mechenstr. 57, 53129 Bonn unter FKZ 0326760D.
Im Forschungsvorhaben werden Untersuchungen an 6 m langen Rohren in einem Parameterbereich durchgefuehrt, der die moeglichen Dampfzustaende fuer den Dampferzeuger zur Rohrgaskuehlung beim GuD-Kraftwerk mit Kohlevergasung abdeckt. Ziel des Vorhabens ist das Erstellen von Rechenverfahren, die die Berechnung der Rohrwandtemperatur und des Druckverlustes sowohl fuer glatte Rohre bei ungleichfoermiger Beheizung ueber den Rohrumfang, als auch fuer geneigte, glatte Rohre sowie fuer senkrecht angeordnete innengerippte Rohre mit gleichfoermiger Beheizung ueber den Rohrumfang erlauben. Das Vorhaben dient der Erhoehung der Auslegungssicherheit und -genauigkeit von Dampferzeugersystemen, insbesondere im Zusammenhang mit der Einfuehrung neuer Technologien auf dem Kraftwerkssektor wie Kohlevergasung und Wirbelschichtfeuerung.
Die stark chlorierten Fluorkohlenwasserstoffe (R11, R12, etc), die derzeit als Arbeitsmittel in Kaelteanlagen und bei der Herstellung von Isolierschaeumen Verwendung finden, sollen in absehbarer Zeit durch andere Substanzen ersetzt werden. Fuer die Auslegung von Kaeltemittelverdampfern und -Kondensatoren, aber auch fuer die Anwendung von Isolierschaeumen, ist - neben anderen Stoffeigenschaften - die Kenntnis der Waermeleitfaehigkeit von wesentlicher Bedeutung. Hierfuer liegen bislang kaum Messdaten vor; dies gilt fuer reine Stoffe wie auch fuer Gemische. Aus diesem Grund soll - zunaechst fuer R123 und R134a, spaeter auch fuer andere interessierende Ersatzstoffe - die Waermeleitfaehigkeit - im fluessigen Zustand (gesaettigt und unterkuehlt), - im dampffoermigen Zustand (gesaettigt und ueberhitzt) mit Hilfe des instationaeren Heissdraht-Verfahrens gemessen werden.
Waehrend sowohl ueber die rein konvektive Wirbelschichttrocknung wie auch ueber die Waermeuebertragung von einer Heizflaeche an trockenes, inertes Wirbelgut zuverlaessige Kenntnisse existieren, wird der kombinierte Fall der Wirbelschichttrocknung mit indirekter Beheizung erst in diesem Projekt systematisch untersucht. Es gilt herauszufinden: a) wie sich die Verdunstung (die Waermesenke in den Partikeln) auf den Waermeuebergang Heizelement-Bett auswirkt; b) wie die indirekte Energiezufuhr bei der Modellierung des Prozesses am besten beruecksichtigt werden kann. Beheizbare Einbauten werden in Wirbelschichtapparaten haeufig eingesetzt, oft sind sie die einzige Moeglichkeit zur nachtraeglichen Kapazitaetserhoehung.
Es soll an horizontalen Verdampferrohren der Effekt unterschiedlicher, elementarer Oberflaechenstrukturen im Groessenbereich deutlich unter 1 mm, die in regelmaessigen Anordnung auf glatte Rohre aufgebracht sind, untersucht werden. Die Strukturen sollen aus zwei Klassen bestehen: groessere, im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm und kleinere mit charakteristischen Abmessungen weit unter 0,1mm. Der Rohrdurchmesser von 1 Zoll ist so ausgewaehlt, dass konvektive Einfluesse auf den lokalen Waermeuebergang am Rohrumfang deutlich hervortreten. Die beiden Strukturen sollen dazu dienen, Beitraege der Verdampfung an Blasenkeimstellen und konvektive Beitraege zum Waermeuebergang voneinander zu trennen. Als Rohrmaterial soll Cu und CuNi (90/10) und als siedende Fluessigkeit Propan, bzw. n-Hexan verwendet werden; in einer zweiten Stufe sollen die Versuche auf einen Alkohol und ein binaeres Stoffsystem ausgedehnt werden. Die Waermeuebergangsmessungen werden mit Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen der Blasenbildung kombiniert, deren Auswertung gemeinsam mit anderen Projekten geschieht. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse die modellmaessige Beschreibung der thermischen Uebertragungsleistung, die parallel laufen soll, gestatten und dass daraus quantitative Hinweise fuer die Berechnung von Hochleistungsverdampferrohren zu gewinnen sind.
Die gefoerderte Forschungsarbeit im Vorhaben der Technologieentwicklung von schadstoffarmen Triebwerken bringt einen Beitrag fuer die treffsichere Auswahl und Auslegung von Hitzeschilden unter den komplizierten thermofluiden Bedingungen einer gestuften Brennkammer. Gegenstand der Untersuchungen waren die Waermeuebergangs- und Kuehlverhaeltnisse im Stirnwandbereich der Brenner. In Originalgroesse ausgefuehrte Stirnwandkuehlkonfigurationen wurden nach Wandtemperaturverteilungen und Hot Spot's beurteilt. An einem Heissluftmodell konnten die Auswirkungen der Reduzierung von Kuehlluft und veraenderten Rezirkulationsbedingungen in der Primaerzone auf das Wandtemperaturfeld untersucht werden. Darueber hinaus wird ein messtechnischer Beitrag zur Infrarotthermografie an Hitzeschilden und zur holografischen Interferometrie fuer die Totraumdetektion unzureichend durchstroemter Kuehlspaltbereiche erbracht.
Eine Voraussetzung fuer die Magerverbrennung bei hoeheren Druecken und Temperaturen zukuenftiger Triebwerke ist, dass Kuehlluft fuer die Bauteile zugunsten der fuer das Abmagern benoetigten Brennkammer-Primaerluft eingespart wird. Bekannte konstruktive Kuehlelemente sind Effusionsbohrungen (als praktikable Naeherung fuer poroeses Material) und Prallstrahlen. Problem: Die Flammenstrahlung durchdringt den heissgasseitigen Kuehlfilm, der aus den Effusions-Kuehlluftstrahlen entsteht. Der Kuehlfilm reagiert empfindlich auf gestoerte Aussenstroemung. Die fuer hoehere Temperaturbestaendigkeit entwickelten, schwierig zu bearbeitenden Werkstoffe sowie keramische Deckschichten oder zu halternde Keramikplatten beschraenken die Moeglichkeiten der Effusionskuehlung. Deshalb muss der Innenkuehlanteil erhoeht werden. Notwendig sind systematische Untersuchungen, die Grobstruktur wird mit den Partnern abgestimmt. Experimentell werden die Temperaturen, Kuehleffektivitaeten und Waermeuebergangskoeffizienten im 'heissen Modell' an den optisch zugaenglichen Flaechen unter anderem ueber IR-Kamera bestimmt. Die Verhaeltnisse an abgedeckten Flaechen (Spaltzwischenraum) werden u.a. ueber die Waerme-Stoff-Analogie (Naphthalin-Sublimation, isotherm) quantifiziert. Totraeume im Spaltzwischenraum werden qualitativ ueber holografische Interferometrie, d.h. ohne die fuer LDA-Messungen notwendigen Tracer, in Abhaengigkeit von Geometrie und Impuls bestimmt. Abgestimmte Parameter sowie Auswertung bzw. Berechnung in Kennzahlform gewaehren die Uebertragbarkeit.
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