Refine
Year of publication
Document Type
Way of publication
- Open Access (1)
Keywords
- Wankelmotor (7)
- Gasturbine (6)
- Gemischbildung (5)
- Simulation (5)
- Verbrennung (4)
- Brennkammer (3)
- Energiemanagement (3)
- MGT-SOFC (3)
- BHKW (2)
- Brennstoffzellen (2)
- CFD analyses (2)
- Hybrid (2)
- Hybridauto (2)
- Kraftstoffzerstäubung (2)
- Mikrogasturbinen (2)
- Motor (2)
- Multifuel (2)
- Rangeextender (2)
- Spray (2)
- Strömung (2)
- Turbinenschaufel (2)
- flow (2)
- heat exchanger (2)
- heat transfer (2)
- hot side gas flow (2)
- porosity model code (2)
- Aerohex CFD (1)
- Air Bearings, Luftlager (1)
- Alternative Kraftstoffe (1)
- Ausblasewinkel (1)
- Automotive Co-Generator (1)
- Balistische Kühlung (1)
- Brennverfahren (1)
- CFD (1)
- CFX-TASCflow (1)
- CHP (1)
- CLEAN demonstrator (1)
- Channel flow with different cross-section (1)
- Clean demonstrator (1)
- Combustor (1)
- Efficiency, Emission Simulations, Hydrogen-Fuel, Driving Cycles, AVL Cruise (1)
- Einspritzung (1)
- Elektroauto (1)
- Elektrobus (1)
- Fahrzeug (1)
- Filmkühlung (1)
- Flammen (1)
- Flammenstabilisierung (1)
- Flugantribe (1)
- Flugmotor (1)
- Foil bearings (1)
- Forced convection (1)
- Grenzschichtströmung (1)
- Heat balancing (1)
- Heat transfer in porous media (1)
- Hyrides Fliegen (1)
- Ignition (1)
- Imulation (1)
- In-chamber Flow (1)
- Injector arrangement (1)
- Kraft-Wärme-Kopplung (1)
- Kraftstoffmischungen (1)
- Kraftwärme Kopplung (1)
- Kühlung (1)
- Laser Patricle Image Velocimetry Ammoniak Diazo (1)
- Leitradgitter (1)
- Luftfahrtantriebe (1)
- Messtechnik (1)
- Micro Gasturbine, Hybrid, SOFC Fuel Cell, Fogging, Efficiency (1)
- Micro gas turbine (1)
- Micro gas turbine, MATLAB, One-dimensionalThermodynamics simulation, decentralized power plant (1)
- Mikrogasturbine (1)
- Mikrogasturbinen-SOFC-Prozess; MGT; SOFC (1)
- Modelliering (1)
- Motorwarmlauf (1)
- Multi-fuel (1)
- New heat transfer correlations (1)
- Numerical Investigation (1)
- Optimierung (1)
- Optimierung Spray (1)
- PIV (1)
- Plattform-Filmkühlung (1)
- Range Extender (1)
- Rekuperationspotential (1)
- Rekuperator (1)
- SOFC (1)
- Schadstoffreduzierung Gasturbinen (1)
- Sekundärströmung (1)
- Strömungsfeldvermessung und Wärmeübergangsmessung an Reynolds-ähnlichen Turbinenkaskaden (1)
- Thermodynamic (1)
- Turbinen-Plattform (1)
- Turbinenendwand (1)
- Turbo machinery (1)
- Turboaufladung (1)
- Turbolader (1)
- Vebrennung (1)
- Vielstofffähigkeit (1)
- Wankel (1)
- Wankel rotary engine (1)
- Wärmetauscher (1)
- Wärmeübertragung (1)
- Zündung (1)
- ballistische Plattform-Filmkühlung (1)
- combustion (1)
- compact tube bundle heat exchanger (1)
- countoured endwall (1)
- diesel engine (1)
- effectivity (1)
- emission reduction (1)
- emulsion fuel (1)
- exhaust case (1)
- flow phenomena (1)
- hot gas flow (1)
- hot side flow (1)
- hybride Antriebssysteme, Mikrogastrubine, MTiG; Elektroflugzeuge (1)
- konturierte Endwand (1)
- modelling (1)
- nicht axialsymmetrisch konturierte Endwand (1)
- non-axialsymmetrically countoured turbine endwall (1)
- organic additives (1)
- porous medium modelling (1)
- recuperated industrial gas turbine (1)
- rotary engine, hybrid combustion engine, aero-engine, air bearing, counter rotating fan, electric flight (1)
- simulation (1)
- thermodynamic cycle (1)
- turbine endwall (1)
Institute
BTU
Multifunktionale Kraft-Wärme-Kopplung in einer Fahrzeuganwendung (ACG) am Beispiel eines Traktors
(2008)
Entwicklung eines neuartigen, vielstofffähigen Range-Extenders für zukünftige Elektrofahrzeuge
(2009)
Spray Phenomena and their Influence on the Ignition Performance of a Modern Aeroengine Combustor
(2008)
Flexible dynamische Messdatenerfassung in der Verbrennungs-motoren- und Kleingasturbinenerprobung
(2002)
Schwerpunkt des Beitrages ist die Entwicklung und Applikation eines alternativen Energieumwandlungskonzeptes. Dieses basiert auf einer kompakten vielstofffähigen Mikrogasturbinen (MGT)- Technologie, welche über einen internen Wärmetausch einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht und durch eine weitere Prozesshybridisierung (durch eine eingebettete SOFC) den „Energiewandler der Zukunft“ darstellt. Es wird die luftgelagerte MGT-Generator-Basistechnologie beschrieben, der darauf aufgebaute MGT-SOFCHybrid-Prozess simuliert, eine kompakte Abwandlung mit integriertem Generator dargestellt und der Familiengedanke aufgegriffen. Die Konzepte basieren auf einer Luftlagertechnologie in Verbindung mit einem direkt von der Turbomaschine angetriebenen Generator und einem Rekuperator, welcher die Abgaswärme wieder in den Prozess zurückführt. Sie liefern die notwendige Grundlage für einen hoch effektiven, reinen Mikrogasturbinenprozess (MGT-Prozess) und den „MGT-SOFC-Hochwirkungsgrad-Prozess“. Neben der luftgelagerten Mikrogasturbinen-Generatorbauart, stellt insbesondere die SOFC eine wichtige Schlüsseltechnologie dar. Der Begriff SOFC steht für „Solid Oxide Fuel Cell“ (Festoxid-Brennstoffzelle). Dieser Brennstoffzellentyp arbeitet bei einer sehr hohen Temperatur (700 °C bis 1000 °C) und erlangt einen sehr hohen Wirkungsgrad, wenn man die Verlustwärme und den nicht konvertierten Brennstoff durch eine geschickte Integration mit dem MGT-Prozess weiter verwertet. Um den maximal möglichen Wirkungsgrad der hybriden Bauweise aufzuzeigen, wird zunächst der idealisierte Wärmekraftmaschinen-Brennstoffzellen-Prozess dargestellt. Danach wird die zum gegenwärtigen Zeitpunkt vorhandene Basistechnologie beschrieben und verschiedene, darauf beruhende reale Prozesse für die Verstromung von Methan (Erdgas) simuliert. Hierbei werden die hohen Wirkungsgradpotentiale (elektrisch) dieser realen Prozesse (bis ca. 80 %) aufgezeigt. Der Beitrag endet mit der kurzen Darstellung einer Energiewandlerfamilie im Bereich 20 KW bis 0,8 MW (zukünftig bis 2,3 MW) und einem Ausblick auf den neuen Markt der Zukunft, sowie mit einer Empfehlung zum Aufbau eines interdisziplinären Forschungsnetzwerkes.
One-Dimensional Thermodynamic Cycle Analysis of Micro Gas Turbine (MGT) for Small Power Plant
(2015)
The energy demands worldwide and especially in
developing countries are significantly increased, whereas the
numbers of electricity supply are not enlarged at
Together with the decentralized ideal of the forthcoming power plants, the 100kW micro gas turbine (MGT) could be one of the solutions for the future. Based on the multi
development project for small power plants, the 1D simulation of the overall system with MATLAB has been performed to utilize as an analysis tool for optimizing the thermodynamic cycle of the system. At the beginning the code has been validated with the commercial program for power plant simulation, called EBSILON Professional. The result shows that they are compatible in the same direction. The next part illustrates the comparing result of the efficiency on the whole system, when turbine inlet temperature has changed. The results show that higher turbine inlet temperature provides also higher global efficiency. However, the minimum efficiencies, which are obtained on each specific turbine inlet temperature, are not corresponded at the same pressure ratio. In the latter section, the
effect of fuel types is also considered on the output efficiency. The results show that to maintain the output efficiency on each fixed turbine inlet temperature the fuel mass flow rate has to be increased in reciprocal to their lower heating values. However, in the lower range of their mass flow rate the increment of efficiency is not proportional to the addition of fuel.
The “Turbo-Fuel-Cell-Technology” has been described as a MGT-SOFC hybrid system consisting of a recuperated micro gas turbine (MGT) process with an embedded solid oxide fuel cell (SOFC) subsystem. SOFC stacks are connected to “SOFC stack grapes” and are equipped with the so called HEXAR-Module. This module is composed of a high-temperature heat exchanger (HEX), an afterburner (A) and a steam reformer (R). The MGT-concept is based on a generator driven directly by the turbomachine and a recuperator, which returns the exhaust heat to the pressurized compressor outlet air. This provides the necessary base for a highly effective, pure MGT process and the “MGT-SOFC-high-efficiency process”. This paper describes the concept and the thermodynamic background of a highly effective and compact design of the “Turbo-Fuel-Cell 1.0-Family” in the electrical performance class from 100 to 500kW. The technological state of the system is shown and a rating of the system with comparative parameters is discussed. It becomes visible that all necessary basic technologies should be available and that the technology (for stationary applications) can have the “entry into services (E.I.S.)” in the next 10 years. The MGT-SOFC performance map under different operation conditions is discussed. This article also provides an overview of the research on MGT-SOFC-Systems and the scenario of an energy supply network and a mobile energy conversion of the future introduction.
The novel combustor design also has an impact on the ignitor arrangement. The conventional ignitor system cannot guarantee optimal ignition performance in the usual radial position. The difficult ignitability of gaseous fuels was the main challenge for the ignitor system improvement. One way to improve the ignition performance significantly is a torch ignitor system in which the gaseous fuel is directly mixed with a large amount of the combustor air. To reach this goal, the ignition process was investigated in detail. The micro gas turbine (MGT) ignition was optimised considering three main procedures: torch ignitor operation, burner ignition and flame propagation between the neighbour injectors. A successful final result of the chain of ignition procedures depends on multiple aspects of the combustor design. Performed development work shows an important step towards designing modern high-efficiency lowemission combustors.
Solid oxide fuel cells convert chemical energy in electrical energy and are highly suitable for the conversion of hydrocarbon based fuels and products from PowerToGas conversions. Embedded in a micro gas turbine-cycle instead of the combustion chamber the heat energy of the injected fuel, released in the SOFC-Stack, can additionally converted into work and by a turbine-generator into electricity. In a compact system, SOFC stacks are designed to realize a direct steam-reforming process inside. In such direct-reforming fuel cell systems the SOFC operating temperature due to the heat demand for reforming, can be reduced to a value in the range of the outlet temperature of the downstream flow (650°C). If the cycle uses a recuperating system, the operating conditions of the SOFC can be realized without additional high-temperature heat exchanger systems. The system with an uncooled turbine, described in [1], just can reach the operating temperature with an additional high-temperature heat exchange. The system described in this publication does not require an additional high-temperature heat exchanger, because the X-value, as the ratio between the exchanged heat quantity and the required amount of heat to complete the MGT-cycle [2] due to the referring process, is nearly zero and can be realized via the inner container wall (of the MLC). The cycle is completed (between the SOFC and the turbine entry) by the heat input of an afterburner. Here the unreacted fuel of the SOFC fuel-stream is used to provide the necessary heat energy for the downstream turbo-generator-system.
In this paper the in-house technique mesh moving function based on AVL-FIRE has been developed as a simulation tool to investigate the in-chamber flow phenomena of the Wankel rotary engine. The meshes from the starting rotor position at 165° BTDC until the ending rotor position at top dead center (TDC) have been created and connected together. The numerical simulations between an intake stroke and the end of a compression stroke have been successively performed. The results are validated with the selected publication on various engine speeds, at 675 rpm and 1170 rpm. In parallel three refinements of meshes have been carried out, in order to optimize the suitable meshes' elements for the calculation of this engine type. In addition, the turbulence models, which are standard k-ε and Large Eddy Simulations (LES), have been varied for detailed investigation of their predictive capabilities. The simulation results show that the flow phenomena are well corresponding to the experimental data in both engine speeds, especially with the LES. It could be also identified that the LES model performs better on predicting the flow field both in directions and characteristics. Moreover, there is no evidently difference on the results between the medium (c.a. 100,000 elements) and fine (c.a. 1,000,000 elements) meshes comparing to the experimental results.
Hybrid combinations of solid oxide fuel cell and recuperated micro gas turbines can convert the chemical energy of hydrocarbon-based fuels in electrical energy with high electrical efficiency. With an integrated and improved cycle management, more than 70% of the energy content of the fuel could be converted. Therefore, the systems are highly suitable for the Power-To-Gas conversion. In particular, a pressure charging of the SOFC fuel cell leads to an increase in stack performance. By a downstream turbo set, after residual fuels are intentionally oxidized with an afterburner, additional electrical energy can be gained from the expansion of the hot exhaust gas stream and the overall efficiency can be increased. In order to increase the electrical efficiency of the system, it is proposed, to ensure the required compression of the process air in particular by a-two-staged turbo compressor with an intermediate cooling system. By thus achievable reduction of the dissipation of the compressor and by targeted condensation of finest drops in front of the second compressor stage affected by intermediate cooling, an increase in efficiency of the system is possible. This is achieved by targeted cooling of the process air behind a low pressure compression, so that it is saturated over 100% relative air humidity. As a result, a slightly supersaturated airflow is available for the second compressor stage, which enters the compressor after heat removal via an intermediate cooling having a small number of microdroplets. Therefore, the condensed water evaporates again by the heat of compression in the second stage and the compressed flow ultimately enters the recuperation at a lower temperature than during normal compression. Thus, more heat can be recovered within the recuperation system. Therefore, the electrical energy of the system can be produced having higher efficiency, because the heat dissipation of the overall system decreases. In this article it is presented, how such a process is thermodynamically modelled and how a technical realization can be built after optimization by simulations. Finally, in this study, the process-influencing factors are analyzed to show the highest possible electrical yield of such a system.
Brennverfahrensentwicklung für eine neuartige Kreiskolbenmotorenfamilie, Wankelmotorenentwicklung
(2008)
The improvement of decentralised energy supply systems has received an important role in the recent years. One option is the combination of SOFC with recuperated MGT. Here, a new strategy for selecting the system parameters, such as the operating temperature of the SOFC, turbine inlet temperature and the pressure ratio of the hybrid system, is presented. By introducing the heat ratio between the heat required to increase the process gas to the SOFC operating temperature and the heat required to raise the SOCF exhaust gas to the TIT, it was found that high efficiency (approx. 68%) is realisable in a compact hybrid system today. Analysis also shows that the HEX-technology is needed to improve the system effectiveness. Also, high recirculation rates with lower TIT can be considered as the future development direction. In addition, a sample configuration of an oil-free MGT rotor unit with high speed foil bearings is presented.
The improvement of decentralised energy supply systems has received an important role in the recent years. One option therefore is the combination of SOFC with a recuperated MGT. Here, a new strategy for selecting the system parameters, such as the operating temperature of the SOFC, the turbine inlet temperature and the pressure ratio of the hybrid system, is presented. By introducing the heat ratio between the heat required to increase the process gas to the SOFC operating temperature and the heat required to raise the SOCF exhaust gas to the TIT, it was found that high efficiency (approx. 68%) is realisable in a compact hybrid system today. Analysis also shows that the HEX-technology is needed to improve the system effectiveness. Also, high recirculation rates with lower TIT can be considered as the future development direction. In addition, a sample configuration of an oil-free MGT rotor unit with high speed foil bearings is presented.
Der Weg zum elektrischen Fliegen ist abhängig von der Entwicklung hochleistungsfähiger, kompakter und vor allem leichter Energiespeicher. Als mittelfristige, umweltschonende Überganglösung bieten sich, insbesondere für Flugtriebwerke mittlerer Leistungsklassen, Hybridsysteme aus Turbo-Compound-Kreiskolbenmotoren und Elektromaschinen für die Start- und Steigphasen an. Vorgestellt werden auf dem HSD-Konzept (HSD=Hybrid Super-Drive, vgl. [1]) beruhende luftfahrtechnische Anwendungen für unterschiedliche parallelhybride Flugantriebe. Die Basistechnologie stützt sich auf eine in der Produktion befindliche, vielstofffähige Wankeltriebwerksfamilie. Das HSD-Konzept legt hierbei ein Kammervolumen von 650ccm zu Grunde. Der Leistungsbereich (0,8 bis 1,36MW) wird mit einem innovativen elektrischen parallel-hybriden Turbo-Compound-Konzept abgedeckt. Hierbei kommt zur Aufladung der Kreiskolben-Verbrennungsmaschine eine neuartige luftgelagerte Turbomaschine mit integrierter E-Maschine zum Einsatz. Als Vortriebstechnologie trägt das Counter-Rotating-Fan (CRF)-Konzept, welches am Beispiel eines Flugzeugtechnologieträgers (Light-Jet) dargestellt wird, zur weiteren Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bei. Der vorliegende Artikel basiert auf den in [1] beschrieben Grundlagen und stellt eine weiterführende Diskussion im Rahmen des DLRK dar.
Bei der Neugestaltung unserer zukünftigen Lebensräume sucht die Forschung nach neuartigen Lösungen für die bodengebundene Mobilität. Weiterhin spielt die Erforschung umweltverträglicher Antriebstechnologien für die Luftfahrt der Zukunft eine wichtige Rolle. Neben den rein elektrischen Antrieben stehen insbesondere fortschrittliche hybride Antriebssysteme im Vordergrund. Systemlösungen werden kurz- bis mittelfristig für die unbemannten Flugzeuge und die allgemeine Luftfahrt benötigt. Es werden effiziente Flugantriebssysteme benötigt, die gegenüber aktuellen Antriebssystemen deutlich weniger Schadstoffe emittieren und Brennstoff-ressourcen schonen. Dabei bietet der Elektroantrieb ein großes Potenzial. Aufgrund des derzeitig ungünsti-gen Verhältnisses zwischen Gewicht und Energieinhalt bei Traktionsbatterien ist jedoch die rein elektrische Flugweise nur für einen sehr kleinen Anwendungsbereich interessant. Deshalb müssen Elektroluftfahrzeuge mit zusätzlichen Energiewandlern und Speichern ausgestattet werden, um akzeptable Reichweiten und An-triebsleistungen bei moderaten Kosten zu gewährleisten. Als zukunftsfähiges Antriebskonzept wird u.a. das hybride elektrische Antriebssystem mit Kleinenergieerzeugern zur Reichweitenverlängerung angesehen. Für den Einsatz als Range-Extender stehen unterschiedliche Konzepte zur Verfügung, die eine Umwandlung von chemischer in elektrische Energie ermöglichen. Die Spezifikation eines Range-Extenders hängt dabei sehr stark von den Anforderungen an zukünftige Antriebskonzepte ab. Das bedeutet, dass Einbauraum, Gewicht, Kosten und Vielstofftauglichkeit eine neu zu definierende Gewichtung im Auswahlprozess des Energiewand-lers erhalten. Schwerpunkt des Beitrages ist die Entwicklung und Applikation eines alternativen Energieum-wandlungskonzeptes für E-Luftfahrzeuge traditioneller Bauweise (z.B. zur Verlängerung der Reichweite bei E-Kleinflugzeugen) und für innovative Luftfahrzeuge (als systemintegraler Bestandteil). Bei diesem Konzept handelt es sich um eine Mikrogasturbinen-Generator-Einheit, welche durch einen Rekuperator (Wärmetau-scher zur Abgaswärmenutzung) einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht und durch eine weitere Prozesshybri-disierung (z.B. mit eingebetteter SOFC) auch für nicht luftfahrttechnische Bereiche interessant ist. Es werden die Mikrogasturbinen-Generator (MTG)–Basistechnologie beschrieben und die Leistung, der Wirkungsgrad und die Vielstofffähigkeit diskutiert. Außerdem wird eine kompakte Abwandlung mit integriertem Generator (sogenannte MTiG) dargestellt. Weiterhin wird die Bedeutung der Mikrogasturbinenbauart für ein zukünftiges MTG/MTiG-SOFC-Hochwirkungsgradsystem erklärt und die hohe luftfahrttechnische Tauglichkeit der kom-pakten, rekuperierten MTiG-Mikrogasturbinentechnologie für die seriellen hybriden Flugtriebwerkssysteme aufgezeigt.