Im Zentrum unserer Forschungsarbeiten stehen thermo-akustische Verbrennungsinstabilitäten. Diese beeinträchtigen die Sicherheit und Zuverlässigkeit sowohl von Gasturbinen und Raketenmotoren, als auch von Haushalts- oder Industriebrennern. Zur Analyse und Beherrschung dieser Instabilitäten werden in einem interdisziplinären Ansatz Strömungsmechanik, Akustik und Verbrennung mit Methoden der Systemidentifikation und Regelungstechnik kombiniert. Dabei stehen wir im intensiven Austausch mit Kollegen an Forschungseinrichtungen in- und außerhalb Europas.

Website: Forschung am TFD
Kontakt: Prof. Dr. Wolfgang Polifke

Pollution Know-How and Abatement

Die Verbrennung von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen ist eine aufstrebende Technologie, die fossile Brennstoffe ersetzen und so kohlenstoffneutrale Energie liefern kann. Das Ziel von POLKA ist es, ernsthafte technische Probleme zu lösen, die nur bei der Wasserstoffverbrennung auftreten: thermoakustische Instabilitäten und Flammenrückschlag. Thermoakustische Instabilitäten sind Druckschwankungen großer Amplitude, die durch eine eskalierende Wechselwirkung zwischen der Flamme und akustischen Wellen verursacht werden; sie treten in der Regel unerwartet auf und verursachen große Schäden an der Hardware. Flashback ist das gefährliche Phänomen, dass sich die Flamme rückwärts in Komponenten ausbreitet, die nicht für hohe Temperaturen ausgelegt sind. Die ultimative Vision von POLKA besteht darin, neue physikalische Erkenntnisse und fortschrittliche Simulationswerkzeuge zu schaffen, um die Entwicklung wasserstoffbetriebener Verbrennungssysteme (Gasturbinen, Flugzeugtriebwerke, Kesselöfen usw.) zu unterstützen.

Die zu verwendenden Methoden sind eine Kombination aus Experimenten, numerischen Simulationen und analytischen Techniken. Die experimentelle Validierung der numerischen und analytischen Ergebnisse hat hohe Priorität. POLKA wird eine Kohorte von 15 ESRs ausbilden, von denen jeder an einem 3-jährigen Doktorandenprogramm teilnimmt. Das Forschungsprojekt ist in 15 miteinander verknüpfte Teilprojekte unterteilt, die jeweils ein individuelles Doktorandenprojekt für einen ESR bilden. Die ESRs werden mit einem breiten Portfolio an Fähigkeiten ausgestattet sein, einschließlich traditioneller akademischer Forschung und auch übertragbarer Fähigkeiten im Bereich Outreach und Gender-Fragen. Ergänzt wird dies durch ein einzigartiges integriertes Ausbildungsprogramm in Innovation, Ausbeutung und Unternehmertum. Abordnungen sind ein wichtiger Teil des Ausbildungsprogramms. Die ESRs werden eine innovationsorientierte Denkweise entwickeln und hervorragende Karriereaussichten im Bereich der erneuerbaren Energien haben.

Förderung: European Union's Horizon 2020
Laufzeit: 02/2019 - 01/2023
Website: Forschung POLKA
Kontakt: Prof. Dr. Wolfgang Polifke

Das Gesamtziel des AP 1 „H₂ in Gasturbinen“ vor dem Hintergrund der Energiewende ist die Weiterentwicklung von DLN (dry-low NOx) – Verbrennungssystemen für hohe Anteile von „grünem“ Wasserstoff, der durch Hydrolyse überschüssigen Stroms aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird. Angesichts des hohen Anteils volatiler Stromeinspeisung aus Photovoltaik und Windstrom ist gleichzeitig die Lastflexibilität weiter zu erhöhen, ohne die Grenzwerte der NOx Emissionen zu verletzen oder die Zuverlässigkeit bzw. die Lebensdauer der Maschinen zu verringern. Sogenannt verteilte Verbrennungssysteme (distributed combustion systems – DCS) stellen einen äußerst vielversprechenden Ansatz dar, um diese Ziele zu erreichen. Dabei wird ein Teil des Brennstoffs in vorgemischter Form als reagierender Querstrahl (reacting jet in cross flow – RJC) der Brennkammer zugeführt.

Mit zunehmender Verfügbarkeit hoher Rechenkapazitäten als auch von verbesserten numeri- schen Algorithmen, Simulationsmodellen und Auswertemethoden werden hochgenaue, gekop- pelte Rechenmethoden bei der Entwicklung dieser Verbrennungstechnologie eine wichtige Rolle spielen.