Projekt RedNOx

gefördert durch: BMWK (ZIM-Kooperationsprojekt), Fördernummer KK5345102MP3
Förderzeitraum: 01.06.2023 - 30.11.2025

Das Forschungsvorhaben adressiert die Entwicklung eines einfach nachrüstbaren, kostengünstigen und platzsparenden Emissionsreduktionssystems für Stickoxide, welches für die energetische Verwertung von Biogas verschiedener Zusammensetzungen in BHKW, insbesondere für Anlagen der Leistungsklassen 150 - 500 kW mit Anwendung in der Landwirtschaft, gedacht ist. Der wesentliche Energieträger des Biogases, mit dem die im Rahmen dieses Vorhabens adressierten BHKW gefeuert werden, ist mit einem Anteil von 50-75 Vol.-% Methan (CH4). Ein weiterer wesentlicher Bestandteil ist mit einem Anteil von 20-45 Vol.-% das Inertgas CO2. Der hohe CO2-Anteil führt bei der Verbrennung von Biogas zu signifikanten Unterschieden in den physikalisch-chemischen Abläufen gegenüber der Verbrennung von reinem Methan bzw. Erdgas. Durch den CO2-Anteil sinkt bspw. die Zündfähigkeit des Kraftstoffs und die Flammgeschwindigkeit nimmt ab. Genau dieser Aspekt der Abhängigkeit des Verbrennungsvorgangs von der Brennstoffzusammensetzung stellt einen zentralen Entwicklungsschwerpunkt des Vorhabens dar.

Das geplante RedNOx-System basiert auf dem Prinzip der Wassereinspritzung in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors. Die positive Wirkung des Verfahrens auf Stickoxid-Emissionen ist bereits aus dem Bereich der Dieselmotoren-Entwicklung bekannt. Es spielt im wirtschaftlichen Bereich der BHKW bisher keine Rolle. Jedoch sind einige aktuelle und vielversprechende Arbeiten aus der anwendungsorientierten Wissenschaft zu diesem Thema bekannt. Das Verfahren verspricht insbesondere großes Potential, neben den Stickoxid-Emissionen auch den Einsatz von dem Stand der Technik entsprechenden, kosten- und rohstoffintensiven Katalysesystemen zu reduzieren.

Projekt KomRadV

gefördert durch: IWB-EFRE-Programm Hessen, Fördernummer 20005852
Förderzeitraum: 01.09.2019 - 31.08.2022

Das Forschungsprojekt „Kompetenzausbau der ingenieurwissenschaftlichen Methodik zur Auslegung von Radialverdichtern“ (KomRadV) beschäftigt sich mit dem Kompetenzausbau hinsichtlich des instabilen Betriebsbereich von Radialverdichtern mittels numerischer Strömungssimulationen (CFD) unter Zuhilfenahme experimenteller Untersuchungen. Dieser Betriebsbereich wird gekennzeichnet durch die Verdichterpumpgrenze, welche die Durchströmung des Verdichters bei niedrigem Volumenstrom und hohem Druckverhältnis beeinträchtigt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, im Bereich der Pumpgrenzbestimmung Kompetenzen zu schaffen und Aussagen über die Pumpneigung von Verdichterstufen zu treffen.

Mit Hilfe hochaufgelöster, transienter Simulationen werden strömungsmechanische Phänomene identifiziert, welche ein instabiles Strömungsverhalten hervorrufen und damit verantwortlich für das Verdichterpumpen sein können. Aktuell ist die numerische Untersuchung solcher Phänomene ausschließlich mit extrem aufwändigen, zeit – und kostspieligen Simulationen verbunden. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, eine geeignete Methodik zur Auslegung/Optimierung von Verdichterrädern mittels reduziertem Modell zu erforschen, da es den Rechenaufwand erheblich verringert. Im Zuge aller Untersuchungen, sei es auf experimenteller oder numerischer Ebene, wird nicht nur Wissen hinsichtlich der Pumpgrenzbestimmung gesammelt, sondern ebenso Sachkenntnisse in vielen Bereichen der Verdichterentwicklung gewonnen.

Das Vorhaben wird in Kooperation mit dem Fachgebiet GLR der TU Darmstadt und der Fa. BorgWarner Turbosystems Engineering GmbH bearbeitet.

Fördergeber KomRadV

Projekt DiagV

DiagV (Diagonalverdichter für geringzylindrige Verbrennungsmotoren)

BMBF FHProfUnt 13FH050PX4, 01.02.2015 – 31.07.2018

 

Das Forschungsprojekt untersucht die Möglichkeit zur Beeinflussung der Verdichterpumpgrenze durch eine veränderte Gestaltung der Verdichterradgeometrie. Die Verdichterpumpgrenze beeinträchtigt die Durchströmung des Verdichters bei niedrigem Durchsatz und hohem Druckverhältnis. Ziel ist die Verschiebung der Pumpgrenze zu kleineren Volumenströmen bzw. größeren

Druckverhältnissen. Im Forschungsprojekt wurden verschiedene Verdichterradgeometrien ausgelegt und mit Hilfe von Strömungssimulationen (CFD) numerisch untersucht. Aus den Ergebnissen wurde eine Verdichterradgeometrie ausgewählt, als Prototyp hergestellt und am Verdichterprüfstand der TU Darmstadt experimentell vermessen. Die experimentellen Ergebnisse zeigten

das Potential des Diagonalverdichterrades gegenüber dem üblichen Radialverdichterrad, die Pumpgrenze in die gewünschte Richtung zu verändern. Die numerischen Simulationen zeigten Hinweise auf die Ursachen des Verdichterpumpens, die in einer Strömungsinstabilität in der Schaufelgrenzschicht liegen. Derzeit wird ein Motor so umgebaut, dass die experimentellen Untersuchungen dort fortgeführt werden können. In einem Forschungsvorhaben, das in Vorbereitung ist, sollen die numerischen Simulationen zur Untersuchung der Verdichterpumpgrenze fortgeführt werden.