2016-03-01  –  2019-02-28

95.615,31 EUR

Universität Duisburg-Essen - Fakultät für Ingenieurwissenschaften - Lehrstuhl für Fluiddynamik, Duisburg, Nordrhein-Westfalen

03ET7073D

Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme - Kraftwerke mit Null Emissionen [EA1325]

01131485/1  –  CEC - Klimaschonende Verbrennungstechnologie

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung und Simulation der Schadstoffbildung in modernen Gasturbinenbrennkammern, unter Berücksichtigung nieder- und mittel-frequenter thermoakustischer Brennkammerschwingungen. Zuerst soll eine Literaturstudie durchgeführt werden, um existierende Modelle anhand verfügbarer Publikationen zu bewerten. Die geeignetsten Ansätze werden als Prototypen getestet. Ausgewählte Modelle werden in OpenFOAM implementiert. Im zweiten Schritt wird das verifizierte Simulationssystem für turbulente Verbrennung mit Schadstoffbildung auf einen realistischen Testfall angewendet. Derzeit ist als Testfall der Prototyp einer Siemens-Brennkammer vorgesehen, für den detaillierte Untersuchungen am Hochdruckbrennkammer-Versuchsstand der DLR Köln durchgeführt worden sind. Die Durchführung dieser Rechnungen erfordert Zeit auf einem Parallelrechner, die Siemens am Rechenzentrum Jülich einkaufen wird. Der Schwerpunkt der Simulationen liegt auf den Kohlenmonoxid-Emissionen bei reduzierter Last, der Stickoxidemission bei Höchstlast (base load), sowie der Thermoakustik zwischen zwei bis vier Can-Brennkammern. Die Simulationsergebnisse sollen anschließend im Detail analysiert und untersucht werden, um die Ursachen von Vorhersagefehlern einzugrenzen und sie spezifischen Modellannahmen zuzuordnen. Im dritten Schritt werden sogenannte PDF Methoden, welche die Verbundwahrscheinlichkeits-Dichtefunktion (PDF) der Spezieskonzentrationen transportieren und durch chemische Reaktionen modifizieren untersucht. Sie erlauben eine bessere Modellierung der Verbrennung in Bereichen wo die Flameletannahme überstrapaziert wird. Hierzu wird die Methode der 'Stochastic Fields' implementiert. Die erforderlichen Reaktionsmechanismen sollen durch systematische Reduktion und Optimierung detaillierter Modelle gewonnen werden. Die Implementierung soll an einem technischen System der Firma Siemens verifiziert werden. Das vierte Arbeitspaket widmet sich der Dokumentation und Berichterstattung.