Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Digitale Simulation für reale Turbinen und Motoren: Hans Dinger-Preis für Nachwuchswissenschaftler

05.10.2016

Neue Methoden für die digitale Simulation ermöglichen Ingenieuren die Entwicklung sauberer und langlebiger Turbinen und Motoren. Deutlich wird dies bei der 6. Verleihung des Hans Dinger-Preises an drei Nachwuchswissenschaftler. Die von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) vergebene Auszeichnung ging dieses Jahr an Absolventen der Universitäten Aachen, Hannover und Stuttgart. Der Gewinner erhielt ein Preisgeld von 3.000 Euro.

Für seine Masterarbeit hat Lukas Berger, RWTH Aachen University, die Entstehung von Rußemissionen in Fluggasturbinen untersucht und ein sehr schnell arbeitendes Simulations-Werkzeug entwickelt. Seine Arbeit erzielte den ersten Platz im diesjährigen Wettbewerb.


Hans Dinger-Preis 2016 - 1. Platz: Lukas Berger

FVV e.V. / Dirk Laessig, Fotograf


Hans Dinger-Preis 2016 - Die 3 Preisträger: José Urbano, Florian Bühner und Lukas Berger (v.l.n.r.)

FVV e.V. / Dirk Laessig, Fotograf

Entwicklung neuer Turbinen mit geringeren Emissionen

Wie sich Schadstoffe in Gasturbinen bilden, untersucht die FVV in einem Forschungsvorhaben, in dessen Rahmen Bergers Masterarbeit entstanden ist. Grundsätzlich stehen für die Simulation unterschiedliche Methoden zur Verfügung, die sich hinsichtlich ihrer Detailtiefe unterscheiden. Die Direkte Numerische Simulation (DNS) liefert eine hohe Genauigkeit, die mit experimentellen Untersuchungen vergleichbar ist, lässt sich aufgrund des hohen Rechenaufwands jedoch nicht auf reale Triebwerke anwenden.

Genau hier setzt die Masterarbeit von Berger an: Ziel war es, DNS-Daten zu verwenden, um den Zusammenhang von Turbulenzen in der Brennkammer und der Rußentstehung zu verstehen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es ermöglichen, einfachere Grobstruktursimulationen, sogenannte Large-Eddy-Simulationen (LES), zu nutzen. Mithilfe einer selbstentwickelten Software identifizierte Berger die für die Modellierung der Rußemissionen relevanten Parameter aus der DNS.

Anschließend entwickelte er ein LES-Modell, mit dem die Rußfelddynamik in turbulenten Flammen beschrieben werden kann. Die Modellierungsfehler konnten im Vergleich zu bestehenden Ansätzen um 50 Prozent reduziert werden. „Mit diesem Modell lässt sich die Rußausbreitung in Brennkammern schnell und effizient vorhersagen. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung neuer Turbinen mit geringeren Emissionen geschaffen“, erläutert Univ.-Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch, Leiter des Instituts für Technische Verbrennung (ITV) der RWTH Aachen University.

Katalysatoren besser verstehen

Wie hoch die Wirksamkeit eines Abgaskatalysators ist, hängt neben der Betriebstemperatur von verschiedenen anderen Faktoren ab. Bei Katalysatoren, die als reaktionsaktive Komponente Platin oder Palladium enthalten, hat die FVV in einem Forschungsprojekt den Einfluss der Zusammensetzung, der Alterung und der Edelmetalloxidbildung untersucht. In seiner mit dem zweiten Platz prämierten Masterarbeit führte Florian Bühner, Universität Stuttgart, dazu experimentelle Untersuchungen der Reaktionen in Diesel-Oxidations-katalysatoren durch.

Zudem modellierte er die kinetischen Reaktionen mathematisch und berücksichtigte dabei auch die dynamischen Vorgänge der Edelmetalloxidbildung und -reduktion im Katalysator während des Betriebs. Wie sich zeigte, deckten sich die Rechenergebnisse mit aus der Literatur bekannten Werten. „Die Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der Reaktionskinetik bei. Durch Vergleich von weiteren Experimenten mit der Simulation konnte die Modellvorstellung zusätzlich untermauert werden“, sagt Prof. Dr.-Ing. Ulrich Nieken, Leiter des Instituts für Chemische Verfahrenstechnik (ICVT) an der Universität Stuttgart.

Lebensdauer erhöhen

Der Drittplatzierte, José Urbano von der Leibniz Universität Hannover, beschäftigte sich in seiner Studienarbeit mit der Untersuchung aerodynamischer Einflüsse auf die Schwingungsbeanspruchung von Turbinenschaufeln. Bei deren Fertigung treten nämlich unvermeidlich sehr geringe, zufällige Abweichungen bei Materialzusammensetzung und Abmessungen auf. Zusammen mit äußeren Kräften, die beispielsweise aus der Gasströmung resultieren, kann das zu hohen Schwingungsamplituden und in der Folge zu verfrühtem Materialversagen führen.

In einem Forschungsprojekt entwickelt die FVV einen vereinfachten Modellansatz, der es ermöglichen soll, bereits während der Auslegungsphase von Turbomaschinen kritische Schwingungszustände der Schaufeln zu identifizieren. Urbano hat in seiner Studienarbeit den Funktionsumfang der Simulation ergänzt, sodass auch der aerodynamische Anregungsanteil umfassend berücksichtigt wird. „Die Studienarbeit stellt eine wesentliche Erweiterung der rein strukturellen Modellbildung dar und trägt damit unmittelbar zur Verbesserung der Schwingungsprognose bei“, urteilt Prof. Dr.-Ing. Jörg Wallaschek, Leiter des Instituts für Dynamik und Schwingungen (IDS) der Leibniz Universität Hannover.

Kontinuierliche Motoren- und Turbomaschinenforschung

Die prämierten Forschungsvorhaben sind Projekte der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) und wurden über die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und aus FVV-Eigenmitteln finanziert. Der Hans Dinger-Preis wird von der FVV seit 2006 alle zwei Jahre an drei junge Wissenschaftler vergeben, die mit ihrer Arbeit besonders zum Gelingen eines der von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen durchgeführten Projekte beigetragen haben.

Bewertet werden der wissenschaftliche Gehalt der Arbeit, die Nutzbarkeit der Ergebnisse für die Praxis und besonders der innovative Charakter der Forschungsergebnisse. Die diesjährige Verleihung fand am 29. September auf der Herbsttagung der FVV in Magdeburg statt. Die Auszeichnung erinnert an den ehemaligen Vorstandsvorsitzenden und Entwicklungsgeschäftsführer der MTU. Hans Dinger (1927 bis 2010) förderte die industrielle Gemeinschaftsforschung zeitlebens und war von 1989 bis zu seinem Tod Ehrenvorsitzender der FVV.

Dipl.-Übers. Petra Tutsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fvv-net.de

Weitere Berichte zu: DNS FVV Katalysatoren RWTH Simulation Turbinen Verbrennungskraftmaschinen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet
02.12.2016 | Universität zu Lübeck

nachricht Ohne erhöhtes Blutungsrisiko: Schlaganfall innovativ therapieren
02.12.2016 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie