@phdthesis{Feiler2005, author = {Feiler, Christoph}, title = {Experimentelle Untersuchung nicht-axialsymmetrisch konturierter Turbinenplattformen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000922}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2005}, abstract = {Bei der Auslegung moderner Turbinenleitstufen wird zur Verringerung der Sekund{\"a}rstr{\"o}mung und der hierdurch verbesserten Rotorbeaufschlagung eine dreidimensionale und nicht-axialsymmetrische Konturierung der Leitstufenplattform im Passagenbereich erwogen. Ziel ist hierbei die Verringerung des wandnahen Querdruckgradienten in der Passage, wodurch die Ausbildung des Passagenwirbels vermindert werden soll. Die Auslegung der Plattformkontur wird hier nicht behandelt, obgleich die Grundz{\"u}ge derselben exemplarisch vorgestellt werden. Da die Passagenstr{\"o}mung von sehr komplexer und transitioneller Natur ist, ist eine experimentelle Bestimmung der geforderten Eigenschaften und insbesondere eine Bestimmung der {\"A}nderung der Temperaturbelastung der Plattform durch die Konturierung erforderlich. Die experimentelle Bestimmung und Charakterisierung dieser durch die Konturierung bedingten {\"A}nderungen stellt den Kernpunkt der vorliegenden Arbeit dar. Zu diesem Zweck wurden an einem Niedergeschwindigkeitswindkanal Versuche unter Einhaltung der Reynoldsschen {\"A}hnlichkeit und der W{\"a}rme-Stoffanalogie durchgef{\"u}hrt, deren Ergebnisse umfassend dargelegt werden. Daneben wird die hierf{\"u}r teilweise neu entwickelte Messtechnik vorgestellt und die Ergebnisse numerischer Berechnungen pr{\"a}sentiert. Die wesentlichen Merkmale der durch die Konturierung bewirkten {\"A}nderungen werden zusammenfassend dargestellt und n{\"a}her erl{\"a}utert. Anhand der beobachteten {\"A}nderungen werden Vorschl{\"a}ge f{\"u}r k{\"u}nftige Maßnahmen abgeleitet.}, subject = {Gasturbine; Turbinengitter; Sekund{\"a}rstr{\"o}mung; Turbinenleitstufe; W{\"a}rme-Stoffanalogie; Windkanal; Naphtalin; Ammoniak-Diazoverfahren}, language = {de} } @phdthesis{Antoshkiv2007, author = {Antoshkiv, Oleksiy}, title = {Untersuchung der Z{\"u}ndung in einer neuartigen gestuften Brennkammer}, isbn = {978-966-603-540-3}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3739}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2007}, abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Z{\"u}ndungseigenschaften einer neuartigen Brennkammer untersucht, wobei auch das Magerverl{\"o}schverhalten mit in Betracht gezogen wurde. Die Untersuchungen der Z{\"u}ndbarkeit basieren auf den Ergebnissen numerischer Simulationen und anschließenden Auswertungen in einer Z{\"u}ndsubroutine. Die Ergebnisse der Str{\"o}mungssimulationen sind mit PIV-Messungen experimentell validiert worden, wobei die simulierten Sprayformen durch die ermittelten Mie-Aufnahmen best{\"a}tigt wurden. Hochgeschwindigkeitskamera - Aufnahmen wurden zur Validierung der berechneten minimalen Z{\"u}ndenergien verwendet. Die vorgenommenen Korrelationen zwischen den kalkulierten Werten der minimalen Z{\"u}ndenergie sowie den gemessenen AFR-Z{\"u}ndungsdaten er{\"o}ffnen einen Weg zur Bestimmung der zu erwartenden z{\"u}ndbaren Gemischkonzentrationen in realen Brennkammern aufgrund der simulierten minimalen Z{\"u}ndenergie. Im Rahmen der Arbeit wurde weiterhin eine Parametergewichtung durchgef{\"u}hrt, welche als Grundlage bei der Optimierung {\"a}hnlicher Brennkammern dienen kann.}, subject = {Triebwerk; Brennkammer; Z{\"u}ndung; Triebwerk; Brennkammer; Z{\"u}ndung; Aero engine; Combustor; Ignition}, language = {de} } @phdthesis{Dueckershoff2004, author = {D{\"u}ckershoff, Roland}, title = {Filmk{\"u}hlung in Gebieten mit verz{\"o}gerter Hauptstr{\"o}mung und in Bereichen lokaler Str{\"o}mungsabl{\"o}sung}, isbn = {3-8322-3345-8}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-633}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2004}, abstract = {Turbinenschaufeln neuzeitiger Gasturbinen sind in den ersten Stufen in hohem Maße Filmgek{\"u}hlt, um den sehr hohen Turbineneintrittstemperaturen zu widerstehen. Gleichzeitig gehen die Bestrebungen dahin, in der einzelnen Stufe mit einer m{\"o}glichst geringen Anzahl von Turbinenschaufeln die Arbeitsumsetzung zu erh{\"o}hen. Infolge dieser Optimierung ergeben sich an der Turbinenschaufeloberfl{\"a}che zunehmend Gebiete mit verz{\"o}gerter Hauptstr{\"o}mung, welche mittels Filmk{\"u}hlung zu k{\"u}hlen sind. Weiterhin steigt die Gefahr der Str{\"o}mungsabl{\"o}sung am Turbinenschaufelprofil, deren Interaktion mit der notwendigen Filmk{\"u}hlung zu kl{\"a}ren ist. Zu kl{\"a}ren ist, inwiefern die Bauteilk{\"u}hlung bei lokaler Str{\"o}mungsabl{\"o}sung mit der Filmk{\"u}hlung beherrschbar ist. Ziel dieser Arbeit ist die grundlegende Untersuchung und Bewertung der Filmk{\"u}hlung in Gebieten mit verz{\"o}gerter Hauptstr{\"o}mung und der Filmk{\"u}hlung in Bereichen mit lokaler Str{\"o}mungsabl{\"o}sung. Die Untersuchungen werden f{\"u}r die Filmk{\"u}hlung aus einer Reihe von K{\"u}hlluftbohrungen durchgef{\"u}hrt. Diesbez{\"u}glich sind sie im typisch Reynoldszahlbereich der Turbinenschaufeln neuzeitiger Gasturbinen dimensioniert. Da bei der Filmk{\"u}hlung durch den K{\"u}hlluftstrahl, der in die heiße Hauptstr{\"o}mung eintritt, eine stark anisotrope Turbulenzstruktur zu erwarten ist, werden diese grundlegenden Untersuchungen experimentell durchgef{\"u}hrt. Die Versuchsergebnisse k{\"o}nnen sodann zur Validierung numerischer Str{\"o}mungsl{\"o}ser herangezogen werden, auch wenn diese die Turbulenz isotrop simulieren. Mit dem Ammoniak-Diazo-Verfahren mit Online-Kalibrierung wird ein hochaufl{\"o}sendes fl{\"a}chiges Messverfahren zur Bestimmung der adiabaten Filmk{\"u}hleffektivit{\"a}t weiterentwickelt und vorgestellt. Sehr detaillierte Untersuchungen der adiabaten Filmk{\"u}hleffektivit{\"a}t werden zur Filmk{\"u}hlung bei verz{\"o}gerter Hauptstr{\"o}mung und bei lokaler Str{\"o}mungsabl{\"o}sung wiedergegeben. Erg{\"a}nzt werden diese Untersuchungen durch umfangreiche Str{\"o}mungsfelduntersuchungen mit der 2D- und 3D Laser Particle Image Velocimetry (PIV) und der Hitzdrahtanemometrie. F{\"u}r die finanzielle Unterst{\"u}tzung zum Aufbau und zur Durchf{\"u}hrung der Forschungst{\"a}tigkeit an der Brandenburgischen Technischen Universit{\"a}t Cottbus danke ich dem Land Brandenburg und der Bundesrepublik Deutschland sowie den Firmen Rolls-Royce Deutschland Ltd., MTU Aero Engines GmbH, Siemens AG und Alstom Schweiz AG (ehemals ABB Kraftwerke).}, subject = {Heißgasturbine; Hochdruck; Gasturbinenschaufel; Filmk{\"u}hlung; Luft- und Raumfahrttechnik; Verkehrstechnik; Gasturbine; Turbinenschaufel; Str{\"o}mungsabl{\"o}sung}, language = {de} } @phdthesis{Getzlaff2014, author = {Getzlaff, J{\"o}rn}, title = {Erdgas als Kraftstoff f{\"u}r Kfz-Verbrennungsmotoren}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32413}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird auf grundlegende Unterschiede im Brennverfahren von Benzin- und Erdgasmotoren eingegangen. Außerdem werden verschiedene Maßnahmen dargestellt, die bei einer konsequenten Auslegung des Brennverfahrens auf den Kraftstoff Erdgas zu deutlichen Wirkungsgradvorteilen f{\"u}hren und somit den Nachteil der geringen Speicherdichte von Erdgas (Reichweite von Erdgasfahrzeugen) verringert. Die vorliegende Arbeit soll dem interessierten Ingenieur und Studenten des Maschinenbaus einen {\"U}berblick {\"u}ber die Nutzung gasf{\"o}rmiger Kraftstoffe f{\"u}r den Antrieb von Kraftfahrzeugen geben. Auf die Grundlagen der Thermodynamik und der motorischen Verbrennung wird dort n{\"a}her eingegangen, wo es f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der Zusammenh{\"a}nge unabdingbar ist. Hier sei auch auf die einschl{\"a}gige Literatur verwiesen. Ziel ist es zu zeigen, inwiefern sich die Brennverfahren f{\"u}r einen kleinvolumigen Pkw-Motor von den Großgasmotoren hinsichtlich des Nutzungsprofils unterscheiden und welche Wege zur Wirkungsgradsteigerung m{\"o}glich sind.}, subject = {Kraftfahrzeug; Verbrennungsmotor; Erdgasantrieb}, language = {de} } @phdthesis{Jende2020, author = {Jende, Enrico}, title = {Ein Beitrag zur modellgest{\"u}tzten Planung und zum Betrieb sektoren{\"u}bergreifender Energiespeicher mit Fokus auf die Strom- und W{\"a}rmeversorgung in Microgrids}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52906}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2020}, abstract = {Zur Einhaltung der Dekarbonisierungsziele und Bew{\"a}ltigung der Herausforderungen bei der ganzheitlichen Transformation des Energiesystems im Kontext der politisch geforderten Energiewende, ist zunehmend der Begriff Sektorenkopplung zu verzeichnen. Eine wesentliche Rolle nimmt dabei die auf den Begriff Power-to-X (P2X) zusammengefasste Elektrifizierung der Sektoren Gas, W{\"a}rme, K{\"a}lte und Mobilit{\"a}t ein. P2X-Energiewandler und die damit einhergehende Nutzung Erneuerbarer Energien (EE), z.B. aus Photovoltaik (PV) und Wind, sind aufgrund der volatilen Stromerzeugung der EE-Anlagen als dargebotsabh{\"a}ngige Energiewandlung zu verstehen. Aus diesem Grund werden P2X-Energiewandler mit sektoralen Energiespeichern und flexiblen bedarfsgerechten Energiewandlern hin zu sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichern aggregiert. Diese sind nicht nur in der Lage den Herausforderungen eines zunehmend aus EE bestehenden Energieversorgungssystems (EVS) entgegenzuwirken, sondern einen Beitrag zur sektoren{\"u}bergreifenden Energiebedarfsdeckung und Dekarbonisierung zu leisten. In diesem Zusammenhang ist in den vergangenen Jahren auf dem Campus der Brandenburgischen Technischen Universit{\"a}t Cottbus-Senftenberg (BTU) eine Forschungs- und Demonstrationsanlage entstanden, welche sektorale und sektoren{\"u}bergreifende Energiespeicher topologisch lokal aggregiert und hinsichtlich der Netzbetriebsf{\"u}hrung verkn{\"u}pft. Dieser dezentrale Anlagenverbund bietet eine herausragende M{\"o}glichkeit, einen sektoren{\"u}bergreifenden Betrieb der dezentralen EVS auf lokaler Ebene zu untersuchen. Als Forschungsgegenstand und Teilsystem der Forschungs- und Demonstrationsanlage gilt im Folgenden der sektoren{\"u}bergreifende Energiespeicher bestehend aus den Technologien der Kraft-W{\"a}rme-Kopplung, Power-to-Heat und einem thermischen Energiespeicher. Dieser Anlagenverbund wird innerhalb der Systemgrenzen eines Microgrid unter gr{\"o}ßtm{\"o}glicher Nutzung erneuerbarer Energien am Beispiel der PV untersucht. Ein Simulationsmodell erweitert diesen Forschungsgegenstand und zielt auf modellgest{\"u}tzte Untersuchungen zur Planung und zum Betrieb des sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichers, insbesondere zur stromnetzdienlichen Systemintegration. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden im Folgenden dargestellt und gelten als Beitrag zur Systemintegration von sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichern in die lokale dezentrale Energieversorgung.}, subject = {Microgrid; Sektorenkopplung; Dezentrale Energieversorgung; Sektoren{\"u}bergreifender Energiespeicher; Sector coupling; Decentralized energy supply; Cross-sectoral energy storage; Microgrid; Microgrid ; Elektrizit{\"a}tsversorgungsnetz; Dezentrale Energieversorgung; Dezentrale W{\"a}rmeversorgung}, language = {de} } @phdthesis{Holy2025, author = {Holy, Felix}, title = {Dynamische Simulationen und experimentelle Untersuchungen zur Entwicklung einer Hochtemperatur-Carnot-Batterie}, doi = {10.26127/BTUOpen-7202}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72020}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2025}, abstract = {Die Energiewende erfordert flexible, effiziente und wirtschaftlich tragf{\"a}hige Speicherl{\"o}sungen, um den stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien systemdienlich zu integrieren. Carnot-Batterien (CB) bieten hierf{\"u}r ein vielversprechendes Konzept zur sektoren{\"u}bergreifenden Speicherung elektrischer Energie in Form thermischer Energie mit anschließender R{\"u}ckverstromung. Insbesondere Hochtemperatur-Carnot-Batterien (HTCB) mit Speichertemperaturen {\"u}ber 1.000 °C zeichnen sich durch hohe Energiedichten, ein hohes exergetisches Potenzial und eine kosteng{\"u}nstige Systemarchitektur aus leicht verf{\"u}gbaren Speichermaterialien aus. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung, experimentellen Untersuchung und dynamischen Simulation eines solchen HTCB-Systems. Hierzu wird ein neuartiger Hochtemperaturspeicher (HTS) mit horizontaler Durchstr{\"o}mung und integrierter elektrischer Beladung entworfen, der Beladetemperaturen bis 1.200 °C erreicht und eine thermische Kapazit{\"a}t von etwa 10 MWh aufweist. Die R{\"u}ckverstromung erfolgt {\"u}ber einen extern beheizten Gasturbinenprozess mit einer Mikrogasturbine im elektrischen Leistungsbereich von 30 kW. Unter Voraussetzung eines atmosph{\"a}risch betriebenen HTS erweist sich diese Prozessf{\"u}hrung im station{\"a}ren und thermodynamischen Vergleich zu alternativen Gasturbinenprozessen als besonders geeignet. Im experimentellen Betrieb wird eine 45-st{\"u}ndige R{\"u}ckverstromung der zuvor im HTS gespeicherten thermischen Energie demonstriert. Dabei werden elektrische Wirkungsgrade von bis zu 16,5 \% sowie Gesamtwirkungsgrade von bis zu 60,0 \% unter Ber{\"u}cksichtigung der ausgespeisten W{\"a}rme gemessen. Im Fokus der Arbeit liegt die Entwicklung eines flexiblen und physikalisch-deterministischen Simulationsmodells der HTCB, das alle wesentlichen Komponenten auch im Off-Design abbildet. Unter anderem wird f{\"u}r die dynamische Modellierung des HTS und der W{\"a}rme{\"u}bertrager ein innovativer numerischer Ansatz zur Ber{\"u}cksichtigung der Wandtemperaturprofile entwickelt. Die Parametrisierung und der Abgleich mit umfangreichen experimentellen Messdaten erm{\"o}glichen eine Anpassung und Validierung des Gesamtmodells der HTCB. Das Ergebnis ist ein digitaler Zwilling der Versuchsanlage, der realit{\"a}tsnah das dynamische Systemverhalten abbildet und als Grundlage f{\"u}r die Betriebs- und Designoptimierung der HTCB dient. Mit der aufgezeigten Drehzahloptimierung der Mikrogasturbine und dem entwickelten Beladungsmanagement des HTS lassen sich mit der Versuchsanlage elektrische Round-Trip Efficiencies von 14,1 \% und Gesamtwirkungsgrade von 61,9 \% im PV-Strom gef{\"u}hrten Tageszyklus erzielen. Abschließend wird die Skalierung der HTCB auf industrielle Maßst{\"a}be untersucht. F{\"u}r HTS-Systeme mit einer Speicherkapazit{\"a}t von 140 MWh in Kombination mit einer Gasturbine im elektrischen Leistungsbereich von 1,8 MW werden eine elektrische Round-trip Efficiency von etwa 29 \% und Gesamtwirkungsgrade bis 84 \% prognostiziert.}, subject = {Hochtemperaturspeicher; Gasturbine; Simulation; Dynamik; Speicher; High temperature energy storage; Gas turbine; Dynamics; Simulation; Elektrischer Speicher; Hochtemperatur; Gasturbine; Simulation; Digitaler Zwilling; Optimierung}, language = {de} }