Gesamtziel ist es, das bis dato etablierte Numerical Toolkit (NuT) zur effizienteren Handhabung numerischer Aufgaben im Rechenablauf der AC2-Komponente ATHLET weiter zu beschleunigen, auszubauen und flexibler zu gestalten. Hierbei besteht ein wesentlicher Fokus darauf, ebenfalls die AC2-Komponente COCSYS in die NuT-Architektur aufzunehmen, so dass die gesamte AC2-Rechenkette von den dedizierten Numerik-Strukturen profitieren kann.
Im Zuge der Energiewende haben sich durch veränderte politische Randbedingungen die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Fernwärme signifikant geändert. Expertenprognosen zeigen, dass der Fernwärme im Rahmen der 'Wärme-Energiewende' insbesondere im urbanen, zunehmend aber auch im ländlichen Raum eine wichtige Aufgabe zukommt. Zukunftsorientierte Energieversorgungsunternehmen möchten sich dieser Aufgabe stellen, wobei derzeit für die Planung und Bewertung möglicher volatiler, dezentral erzeugter Anteile in der Fernwärme aus z. B. Solarthermie, Wärme aus BHKW und Power-to-heat lediglich erste Planungswerkzeuge existieren. Das Vorhaben stellt sich deshalb als wesentliches Ziel die Schaffung von Werkzeugen, die die Veränderung der Thermohydraulik der Fernwärmenetze sowie der Wirkungen auf die Komponenten (Umwälzpumpen, Druckhaltung, Rohrleitungen) und die Effekte verschiedener Speicherstandorte realitätsnah abbildet. Dazu sind z. B. folgende Arbeitspunkte erforderlich: Erstellen von Verbraucher- und Erzeugermodellen, die z.B. eine Abhängigkeit von der solaren Strahlung und Zeiten wärmetechnischer Über- und Unterversorgung möglichst realitätsnah berücksichtigen. Erweiterung der Fernwärmenetz-Simulation zur Abbildung der Netzveränderungen aufgrund unterschiedlicher Erzeuger- und Einbindeszenarien. Erstellen von Bereitstellungsprofilen der Solarthermie und anderer Wärmeerzeuger in Abhängigkeit von der Art der Kopplung Abnehmer - Speicher - Fernwärmenetz. Wirkungen auf die primärenergetisch und wirtschaftlich sinnvolle Betriebsführung der Fernwärmesysteme inkl. Untersuchung von Betriebsführungskonzepten unter besonderer Berücksichtigung von Speichern, die dezentral oder teilzentral in das Fernwärmesystem eingebunden werden.
Ausbildung eines Doktoranden/einer Doktorandin auf dem Gebiet der Thermohydraulik von Kernkraftwerken im Rahmen des KEK-Programms. Entwicklung eines CFD-Verfahrens auf der Basis von Open Source Software, mit dem Ziel eine quantitativ richtige Vorhersage über den Übergang einer Schichtströmung zum Plug-Flow (Pfropfenströmung) zu treffen. Nachfolgende Analyse der erreichten Modellierungsqualität in Bezug auf den Stand der Technik der Modellierung von Plug-Flows anhand von Vergleichsrechnungen. Erweiterung des CFD Verfahren auf die Modellierung des Entrainments von Gas bzw. Dampf, wie es für Slug-Flows (Schwallströmung) charakteristisch ist. Dies ist der wissenschaftliche Kern der Promotionsarbeit. Zum Schluss soll die in beiden Stufen erreichte absolute Modellierungsqualität im Sinne einer Code-Validierung anhand eines Vergleichs der Berechnungsergebnisse mit experimentellen Daten (Wellenstruktur, instationäre Geschwindigkeitsfelder in der flüssigen Phase, Gasgehalt in den Zonen mit Entrainment von Gas bzw. Dampf) quantitativ ermittelt werden. Dabei wird größtenteils auf bereits vorhandene Daten zugegriffen. Zusammenstellung und Ergänzung der Validierungsdaten zu Plug- und Slug-Flows. Vergleichende Berechnung von Plug-Flows mit einem kommerziell erhältlichen Code und mit Open-Source Software. Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Daten zu Validierung. Implementierung von Modellen zur Beschreibung des Entrainment von Gas in die Flüssigkeit in die Open-Source Software.