@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{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{Ojong2018, author = {Ojong, Emile Tabu}, title = {Characterization of the performance of PEM water electrolysis cells operating with and without flow channels, based on experimentally validated semi-empirical coupled-physics models}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46504}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2018}, abstract = {PEM water electrolysis is a clean technology for hydrogen production. In spite of its many advantages, the costs of the conventional PEM electrolysis cell makes it commercially less competitive vis-{\`a}-vis its peers. An alternative cell design has been proposed which has up to a 25 \% costs advantage over the conventional cell. In this alternative cell design, the flow channel plate which bears the most costs in the conventional cell design has been replaced with a 3-D Porous Transport Layer (PTL) structure. It has however, been observed that the conventional cell by far out performs the low cost cell at high current density operations, due to increased mass transport limitation in the later. Industrial and commercial hydrogen production efforts are focused towards high current density operation (> 3 A/cm²), so the alternative cell design must be optimized for mass transport limitation. PEM water electrolysis is a clean technology for hydrogen production. In spite of its many advantages, the costs of the conventional PEM electrolysis cell makes it commercially less competitive vis-{\`a}-vis its peers. An alternative cell design has been proposed which has up to a 25 \% costs advantage over the conventional cell. In this alternative cell design, the flow channel plate which bears the most costs in the conventional cell design has been replaced with a 3-D Porous Transport Layer (PTL) structure. It has however, been observed that the conventional cell by far out performs the low cost cell at high current density operations, due to increased mass transport limitation in the later. Industrial and commercial hydrogen production efforts are focused towards high current density operation (> 3 A/cm²), so the alternative cell design must be optimized for mass transport limitation. This work seeks to understand the source of, and to eliminate the mass transport losses in the alternative cell design to get it performing at least as good as the conventional cell at current densities up to 5 A/cm². A 2-D non-isothermal semi-empirical fully-coupled models of both cell designs have been developed and experimentally validated. The developed validated models were then used as tools to simulate and predict the best operating conditions, design parameters and micro-structural properties of the PTL at which the mass transport issues in the alternate cell will be at its minimum, at high current densities. The models are based on a multi-physics approach in which thermodynamic, electrochemical, thermal and mass transport sub-models are coupled and solved numerically, to predict the cell polarization and individual overpotentials, as well as address heat and water management issues. The most unique aspect of this work however, is the development of own semi-empirical equations for predicting the mass transport overpotential imposed by the gas phase (bubbles) at high current densities. For the very first time, calculated polarization curves up to 5 A/cm² have been validated by own experimental data. The results show that, the temperature and pressure, water flowrate and thickness of the PTL are the critical parameters for mitigating mass transport limitation. It was found that, for the size of the cells studied (25 cm² active area each), when both cells are operating at the same temperature of 60 °C, alternative design will have a comparable performance to the conventional designed cell even at 5 A/cm² current density when; the operating pressure is ≥ 5 bar, the feed water flowrate is ≥ 0.024l/min∙cm², PTL porosity is 50 \%, PTL pore size is ≥ 11 µm and PTL thickness is 0.5 mm. At these operating, design and micro-structural conditions, the predicted difference between the polarizations of both cells will be only ~10 mV at 5 A/cm² operating current density.}, subject = {PEM Electrolysis; Porous Transport Layer; Mass Transport; Modelling; Experimental Validation; PEM-Elektrolyse; Por{\"o}se Transportschicht; Massentransport; Modellierung; Experimentelle Validierung; Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle; Str{\"o}mungsmechanik; Stoff{\"u}bertragung; Kanalstr{\"o}mung}, language = {en} } @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{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{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} }