Druckansicht der Internetadresse:

Logo Lehrstuhl für technische Thermodynamik und Transportprozesse

Seite drucken English

Ausstattung

Computational Fluid Dynamics

  • Ansys Fluent
  • COMSOL Multiphysics
  • MATLAB
  • OpenFOAM
  • Star-CCM+

Prozess- und Systemsimulationen

  • Aspen Plus
  • Cycle Tempo
  • Dymola
  • MATLAB und Simulink

Stoffdatenbestimmung

  • EcoInvent
  • FluidProp
  • RefProp 10

Auswertung und Steuerung

  • DaVis (LaVision GmbH)
  • ETAS INCA und ETAS MDA (Measure Data Analyzer)
  • PIX!CEL zur Strömungsanalyse

Stoffdatenbestimmung

Dichtemessgerät DMA 4200 M (Anton Paar GmbH) - am Zentrum für EnergietechnikEinklappen

Folgt ...

Rheometer MCR 102 mit Druckzelle (Anton Paar GmbH) - am Zentrum für EnergietechnikEinklappen

Folgt ...

Phasengleichgewichtsapparatur Fischer® Labodest® VLE 602/S (ILUDEST GmbH) – am Zentrum für EnergietechnikEinklappen

Folgt ...

IMeterEinklappen

Folgt...

Simultane Thermische Analyse (TGA / DSC) STA 449 F5 – Jupiter (Netzsch GmbH)Einklappen

Folgt...

Differential Scanning Calorimetry DSC 200 F3 Maia (Netzsch GmbH)Einklappen

Folgt...

Laser Flash Analyse LFA 447 (Netzsch GmbH)Einklappen

Folgt...

3-Schicht-Kalorimeter (w&a wärme- und anwendungstechnische Prüfungen)Einklappen

Folgt...


Partikelzählung und Klassierung

  • Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) mit Konditioniereinheit (TSI GmbH)
  • PPS-M Partikelsensor (Pegasor)

Laser- und Lichtquellen

  • Nd:YAG-Doppelimpuls-Laser (Solo III-15, New Wave Research)
  • Nd:YAG-Impulslaser (Quanta-Ray PRO-Series 290-10, Spectra Physics)
  • Argon-Ionen-Dauerstrichlase
  • Kontinuierlicher Nd:YVO4-Dauerstrichlaser
  • Lasergepumpte Weißlichtquelle (Model EQ-99-FC, ENERGETIQ)
  • Eigenbau-Laser- und –Lichtquellen
  • Diverse Laserzündsysteme (Leihgaben der Robert Bosch GmbH)

Kamera- und Detektionssysteme

  • Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme
    - LaVision HSS4 mit High-Speed IRO und Image-Doubler
    - Photron FASTCAM-ultima APX
    - Photron FASTCAM SA-X2
  • PIV-Doppelbild-Kamera (LaVision Flow Master 3S)
  • Thermografiesystem
    - VarioCAM hr von InfraTec
    - VarioCAM hd von InfraTec
  • Wärmebildkamera
    - 3011-ST von InfraTec
    - PtSi 256 von Thermosensorik GmbH
  • Verstärkte (ICCD) Einzelbild-Kamerasysteme
    - PI-MAX2 1024-E (Princeton Instruments)
    - PI-MAX4:1024x256-HRf (Princeton Instruments)
    - PI-MAX4: 512EM-HBf (Princeton Instruments)
  • Spektrometer
    - TRIAX 320 (Jobin Yvon Horiba)
    - Holospec f/1.8i (Kaiser)
  • Photomultiplier
  • Diverse Photodioden
  • Diverse Energiemessköpfe
  • 8GHz Oszilloskop (Wavemaster 8Zi-A, LeCroy)

Forschungsfeld Energiesysteme und Kreisprozesse

Versuchsanlage zur Kopplung thermischer Speicher mit ORCEinklappen

Diese Versuchsanlage im Technikumsmaßstab besteht aus der Kopplung eines Organic Rankine Cycles (ORC) (siehe Hyperlink) mit einem thermischen Festbettspeicher entwickelt von der enolcon GmbH und umgesetzt von der STORASOL GmbH an der Universität Bayreuth. Die ORCTES-Anlage dient der Untersuchung der Verstromung fluktuierenden Abwärme und der Analyse von Konzepten zur Strom-Wärme-Strom-Speicherung.

Der Speicher wird momentan mit etwa 9,4 t Sand und einer maximal Temperatur von 600 °C betrieben. Daraus ergibt sich eine Speicherkapazität von etwa 1,5 MWh. Das Funktionsprinzip des horizontal mit Luft durchströmten Speichers ist in nachstehender Abbildung für eines der insgesamt zwei Module während der Beladung zu sehen.

Wärmepumpen TestfeldEinklappen

Mit diesem Testfeld werden Luft/Wasser-Wärmepumpen im Zusammenspiel mit thermischen Energiespeichern untersucht. Um unterschiedliche Konfigurationen und intelligente modellprädiktive Wärmepumpenregelungen bei identischen Witterungsbedingungen analysieren zu können, lassen sich zwei Heizungssysteme mit jeweils einer Wärmepumpe zeitgleich betreiben. Die Verbraucherseite wird mit Hilfe von LabVIEW und dem angeschlossenen Kaltwassernetz emuliert. Die abzuführende Wärme wird dabei über Gebäudemodelle in Abhängigkeit der momentanen Außentemperaturen sowie der gemessenen Globalstrahlung in Echtzeit berechnet und anhand von Stell- und Mischventilen geregelt, wodurch ein realitätsnahes und flexibel nutzbares Testumfeld erzeugt wird.

Hochtemperatur-Wärmepumpe (am Zentrum für Energietechnik)Einklappen

Die thermische Leistung der Hochtemperatur-Wärmepumpe liegt bei 20 kW. Die Wärmepumpe ist in der Lage eine Vorlauftemperatur bis 95 °C bereitzustellen. Als Arbeitsmedium wird ein umweltfreundliches und nicht brennbares Kältemittel eingesetzt. Durch die Messung der relevanten Betriebsparameter (Druck, Temperatur und Volumenstrom) ist eine vollständige thermodynamische Analyse der Anlage möglich. Durch die Kopplung mit einem thermischen Laborspeicher und der Möglichkeit steuerungstechnischen Vorgabe der thermischen Leistung können darüber hinaus Systemuntersuchungen im Kontext von Power-to-Heat-Konzepten durchgeführt werden.

ORC-Versuchsstand mit einer elektrischen Leistung von 1 kWEinklappen

Der Teststand bietet die Möglichkeit zur simultanen Messung von elektrischer Leistungsabgabe und Wärmeübergangseigenschaften des Organic Rankine Cycles (ORC). Bei diesem Teststand steht die geothermische Anwendung im Fokus. Entsprechend werden hier teilfluorierte Kältemittel und moderne, alternative Arbeitsmedien, sogenannte „Low-GWP-Fluide“ mit Frischdampftemperaturen bis 100 °C vermessen und analysiert.  

Teststand_Behaeltersieden2

Teststand_Behaeltersieden1
ORC-Versuchsstand mit einer elektrischen Leistung von 12 kWEinklappen

In diesem Teststand wird die ORC-Technologie hinsichtlich dem Einsatzfeld der Abwärmenutzung weiterentwickelt. Hierfür werden Abgase mit Temperaturen von über 400 °C direkt, ohne üblichen Zwischenkreislauf, mit dem ORC-Fluid Hexamethyldisiloxan gekoppelt. Als Turbinen wurden bisher eine Axialturbine sowie eine Cantileverturbine erfolgreich vermessen. Die angestrebten 12 kW an elektrischer Leistung wurden in einigen Betriebspunkten sogar leicht überschritten. Die isentropen Wirkungsgrade der Turbine liegen bei der Axialturbine bei knapp unter 75 %, bei der Cantileverturbine bei knapp über 75 %. Darüber hinaus wird im aktuellen Forschungsprojekt TurboSmart eine selbstadaptierende Turbine für den Einsatz im Teststand entwickelt.

Der ORC-Teststand ist zusätzlich an einen sensiblen, thermischen Speicher mit einer Kapazität von 2 MWh angebunden. Gemeinsam mit diesem steht dem LTTT jetzt ein energietechnisches Testfeld zur Verfügung, in der unterschiedliche ORC-Komponenten und deren Verhalten im System (mit oder ohne thermischem Speicher) erforscht werden können. 

Projekte_Kompetenzzentrum_KWK

Forschungsfeld Energiespeicherung

Makroverkapselter LaborspeicherEinklappen

Der Laborspeicher hat ein Volumen von ca. 34 Liter und kann mit Makrokapseln unterschiedlicher Geometrie bestückt werden. Die Strömungsverteilung im Behälter ist durch eine transparente Speicherwandung und die verbauten Strömungsleitbleche für unterschiedliche Kapseln optimierbar. Die verbaute Temperaturmesstechnik ermöglicht durch bis zu 32 Messstellen auf unterschiedlichen Ebenen detaillierte Untersuchungen zum Be- und Entladeverhalten des Speichers. Ein Thermoöl-Kreislauf erlaubt den Betrieb zwischen Umgebungstemperatur bis 150 °C bei Durchflüssen von etwa 1 bis 10 kg\min.

Makroverkapselter ValidierungsspeicherEinklappen

In diesem Teststand kann das Aufschmelzverhalten von bis zu drei mit Phasenwechselmaterial gefüllten – etwa Tennisball großen – Makrokapseln verschiedener Form untersucht werden. Neben der visuellen Beobachtung stehen auch Temperatursensoren im Wärmeträgerfluid und den Kapseln zur Verfügung. Besonderes Merkmal des Teststandes ist die Möglichkeit gleichzeitig

  • die Wärmeübertragung vom Wärmeträgerfluid auf die Kapselwand,
  • die Wärmeleitung in der Kapselwand und
  • die Wärmetransportvorgänge im Inneren der Kapsel

analysieren zu können. Dies ist besonders wichtig bei der Validierung numerischer Modelle die zur Optimierung von Kapselgeometrien oder zur Simulation eines vollständigen Speichers eingesetzt werden. Untersuchungen an diesem Teststand sind zudem Teil des Praktikums der Vorlesung thermische Energiespeicher.

Versuchsanlage zur Kopplung thermischer Speicher mit ORCEinklappen

Diese Versuchsanlage im Technikumsmaßstab besteht aus der Kopplung eines Organic Rankine Cycles (ORC) (siehe Hyperlink) mit einem thermischen Festbettspeicher entwickelt von der enolcon GmbH und umgesetzt von der STORASOL GmbH an der Universität Bayreuth. Die ORCTES-Anlage dient der Untersuchung der Verstromung fluktuierenden Abwärme und der Analyse von Konzepten zur Strom-Wärme-Strom-Speicherung.

Der Speicher wird momentan mit etwa 9,4 t Sand und einer maximal Temperatur von 600 °C betrieben. Daraus ergibt sich eine Speicherkapazität von etwa 1,5 MWh. Das Funktionsprinzip des horizontal mit Luft durchströmten Speichers ist in nachstehender Abbildung für eines der insgesamt zwei Module während der Beladung zu sehen.

Wärmepumpen TestfeldEinklappen

Mit diesem Testfeld werden Luft/Wasser-Wärmepumpen im Zusammenspiel mit thermischen Energiespeichern untersucht. Um unterschiedliche Konfigurationen und intelligente modellprädiktive Wärmepumpenregelungen bei identischen Witterungsbedingungen analysieren zu können, lassen sich zwei Heizungssysteme mit jeweils einer Wärmepumpe zeitgleich betreiben. Die Verbraucherseite wird mit Hilfe von LabVIEW und dem angeschlossenen Kaltwassernetz emuliert. Die abzuführende Wärme wird dabei über Gebäudemodelle in Abhängigkeit der momentanen Außentemperaturen sowie der gemessenen Globalstrahlung in Echtzeit berechnet und anhand von Stell- und Mischventilen geregelt, wodurch ein realitätsnahes und flexibel nutzbares Testumfeld erzeugt wird.

Eis-EnergiespeicherEinklappen

An dem Eis-Energiespeicher mit einem Speichervolumen von ca. 500 m³ sollen unterschiedliche Regelungsstrategien zur Nutzung gebäudeintern anfallender Abwärme für ein ca. 5000 m² großes ingenieurwissenschaftliches Forschungsgebäude erprobt werden. Um die Auswirkungen verschiedener Betriebsstrategien zu untersuchen, ist sowohl der Speicher selbst, als auch die dazugehörige Peripherie mit umfassender Messtechnik ausgestattet.

ValidierungsteststandEinklappen

Um numerische Modelle für die Simulation von fest/flüssig-Phasenwechseln zu validieren steht ein Versuchsaufbau zu Verfügung, bei dem das einseitige Aufschmelzen eines Paraffins in würfelform mithilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) untersucht wird. Die PIV ist ein Lasermessverfahren welches es ermöglicht, das Geschwindigkeitsfeld in der flüssigen Phase mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung zu bestimmen. Darüber hinaus kann auch die exakte Position der Phasengrenze ermittelt werden.

Forschungsfeld Wärmeübertragung

Versuchsstand zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten beim Behältersieden am elektrisch beheizten horizontalen RohrEinklappen

Der Teststand dient zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten beim Behältersieden am horizontalen Rohr. In Anlehnung zur Standard-Apparatur für die Messung des Wärmeübergangs beim Blasensieden nach Gorenflo wird das Heizelement elektrisch beheizt. Messungen können für verschiedene natürliche und teilfluorierte Kältemittel bei Drücken bis zu 20 bar durchgeführt werden. Die maximale Leistung des Heizelements beträgt 8,6 kW.

Teststand_Behaeltersieden1Teststand_Behaeltersieden2
Versuchsstand zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten beim Strömungssieden im elektrisch beheizten horizontalen RohrEinklappen

Der Teststand dient zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten beim Strömungssieden im horizontalen Rohr. Messungen können für maximale Prozesstemperaturen von 260 °C und Drücke bis 25 bar durchgeführt werden. Als Arbeitsmedien werden vorwiegend Siloxane und Siloxangemische untersucht. Die Messungen können für einen weiten Bereich der Wärmestromdichte und Massenstromdichte erfolgen.

Teststand_StrömungssiedenTeststand_Strömungssieden2

Forschungsfelder Partikel, Emissionen und Verbrennungsprozess

SpraykammerEinklappen

In der optisch zugänglichen Spraykammer wird die Sprayausbreitung von unterschiedlichen Kraftstoffen und Injektoren unter motorähnlichen Bedingungen untersucht. Durch den Einsatz verschiedener beheizbarer Bodenplatten lassen sich zudem Spray-Wand-Wechselwirkungen analysieren. Die Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse über das Gemischbildungsverhalten in Verbrennungsmotoren.

BrennkammerEinklappen

Für Gemischbildungs-, Zünd- und Verbrennungsexperimente steht eine optisch zugängliche Brennkammer mit konstantem Volumen zur Verfügung. Fünf optische Zugänge, verschiedene Injektoren, Zündkerzen und neuartige Zündsysteme sowie die Möglichkeit zur Gas-Einblasung mit unterschiedlichem Drall bieten hohe Flexibilität.

Schnelle KompressionsmaschineEinklappen

In einer optisch zugänglichen schnellen Kompressionsmaschine (engl: Rapid Compression Machine, kurz: RCM) wird neben hohen Temperaturen und Drücken ebenfalls die Kompression eines Verbrennungsmotors nachgestellt. Somit kann der Verbrennungstakt eines Motors realistisch nachgebildet werden. Der Einsatz der RCM ermöglicht die Variation vieler wichtiger motorischer Parameter wie die Variation des Hubes, des Kompressionsverhältnisses als auch des Turbulenzniveaus im Brennraum. Zusätzlich zu den Motorparametern kann die RCM mit verschiedenen Kraftstoffen und Brennverfahren betrieben werden.

Optisch zugänglicher Einzylinder-DieselmotorEinklappen

Untersuchungen zur Einspritzung, Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsverhalten von fossilen und alternativen Dieselkraftstoffen werden am Einzylinder-Dieselmotor durchgeführt. Der Kurbeltrieb wird über einen Elektromotor geschleppt im sogenannten „Skip-Fire“-Modus betrieben. Der Zylinderkopf, die Zylinderwände und der Kolben sind beheizbar. Zwei Seitenfenster und ein Kolben aus Quarzglas gewährleisten die optische Zugänglichkeit in den Brennraum. Piezoresistive Druckaufnehmer sind zur Durchführung von Druckverlaufsanalysen im Brennraumdach angebracht.

Prüfstand für VollmotorenEinklappen

Für Untersuchungen an Vollmotoren steht ein Prüfstand mit einer wassergekühlten Wirbelstrombremse zur Verfügung. Der Prüfstand eignet sich sowohl für Otto- als auch Dieselmotoren. Für Mess- und Verstellaufgaben stehen INCA-Werkzeuge sowie verschiedene Messmodule von der ETAS GmbH zur Erfassung von Drücken, Temperaturen und Lambda-Werten sowie zur Ermittlung von NOx- und Partikelemissionen zur Verfügung. Zudem ermöglicht ein Hochdruck-Indiziersystem die thermodynamische Prozessanalyse. Weiterhin ist die Prüfstandsperipherie auch für den Betrieb der Motoren mit Sonder- und Alternativkraftstoffen, wie z.B. Biodiesel oder Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, ausgelegt.

Verbrennungsprozesse_AusstattungMotorprüfstand

SchnellveraschungssystemEinklappen

Zur schnellen Alterung und Aschebeladung von Abgasnachbehandlungskomponenten steht ein System zur Verfügung, das in seinen Hauptbestandteilen aus einem Universalölbrenner GUPO20 der Firma Giersch Enertech GmbH und einer Brennkammer besteht. Bei dem Ölbrenner handelt es sich um einen Gelbbrenner, der sich für Kraftstoffe mit höherer Viskosität eignet. Die Brennkammer besteht aus hochtemperaturbeständigem Edelstahl. Massendurchflussregler ermöglichen die Einstellung der Massenströme von Luft und Brennstoff zur Voreinstellung verschiedener Verbrennungsluftverhältnisse.

AerosolgeneratorEinklappen

Das Funktionsprinzip des Mini-CAST (Jing Aerosol) beruht auf der Verbrennung von Propan (C3H8) in einer Diffusionsflamme und dem anschließenden Löschen mit Stickstoff, um den Partikelbildungsprozess in einem frühen Stadium einzufrieren. Durch diverse Einstellungsmöglichkeiten können die bei der Verbrennung entstehenden Partikel hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Morphologie variiert werden. Da sich die Möglichkeit ergibt, kontaminationsfreie und trockene Rußproben mit reproduzierbaren physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erzeugen, eignet sich der Aerosolgenerator ebenfalls für grundlegende Untersuchungen und zur Kalibrierung der Messtechniken.