Im Rahmen der Forschungsaktivitäten unserer Emmy Noether-Nachwuchsgruppe (DFG - Emmy Noether-Programm) vertiefen wir das grundlegende Verständnis der Wechselwirkungen zwischen turbulenter Strömung, Reaktionschemie und Mehrphasenprozessen, die die Schadstoffbildung sowie die Kraftstoff- und Lastflexibilität von Verbrennungskonzepten bestimmen (GEPRIS). Dies ist von höchster Relevanz für die Weiterentwicklung sauberer, nachhaltiger und umweltfreundlicher Technologien, die bei Verwendung von CO2-neutralen flüssigen Brennstoffen nahezu emissionsfrei werden. Für eine effektive Minimierung der Klimaauswirkungen thermochemischer Energiewandlungskonzepte ist die Reduktion von Sekundäremissionen (im Englischen als "non-CO2 effects" bekannt) wie Stickoxiden und Ruß unerlässlich. Der Mangel an geeigneten Einspritz- und Verbrennungskonzepten beeinträchtigt jedoch die Verwirklichung der gewünschten Flexibilität bei gleichzeitig geringen Emissionen. Die Komplexität der inhärenten Nichtlinearitäten und multilateralen Wechselwirkungen auf mehreren Skalen wird durch einen Mangel an quantitativ verlässlichen Daten begleitet. Unsere aktuelle Forschung zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen.
Unsere wegweisende Arbeit integriert hochmoderne laserbasierte Techniken wie Mehrphasen-PIV und LIF, um fortschrittliche Messsysteme zu schaffen. Durch die Anwendung dieser Innovationen erfassen wir turbulente Strömungen und reaktive Skalare in hochkomplexen Mehrphasen-Umgebungen. Diese festen Diagnosesysteme, kombiniert mit traversierenden Messobjekten, gewährleisten umfassende Untersuchungen in verschiedenen Aufbauten, von Brennersystemen bis hin zu Strömungskanälen, und revolutionieren unser Verständnis von Strömungsdynamik und Verbrennungsprozessen.
Das Projekt zielt darauf ab, die Verbrennungsprozesse für flüssige erneuerbare Brennstoffe zu verbessern, um einen nahezu emissionsfreien Betrieb zu erreichen, indem die Zerstäubung durch Turbulenzmodulation optimiert, die Verdampfungsraten erhöht und die Schadstoffbildung minimiert wird. Die Forschung untersucht den Einfluss von Turbulenzen auf den primären Zerfall und die Zerstäubung verschiedener Einspritzkonzepte und verwendet verschiedene Messtechniken, um den Einfluss der Brennstoffzusammensetzung und physikalischer Eigenschaften auf die Sprühqualität zu analysieren. Laufende und zukünftige Projekte erforschen die Auswirkungen von Brennstofftemperaturvariationen, Verdampfung in hoch turbulenten Strömungen mit realen Brennstoffen sowie Umgebungsbedingungen auf die Zerstäubung, Gemischbildung, Flammenstabilisierung und Emissionen in turbulenten reagierenden Mehrphasenströmungen.
Wir setzen innovative optische Diagnosewerkzeuge und ML-basierte Datenanalysewerkzeuge ein, um die Wechselwirkungen zwischen Turbulenz, Chemie und Phase zu quantifizieren, mit dem übergreifenden Ziel, die GSA-Phasenturbulenz effektiver zu nutzen, um Kraftstoff zu atomisieren, die Kraftstoffflexibilität zu erhöhen und die Bildung von Emissionen zu verhindern.
Flüssiger Kraftstoff, Kraftstoffdampf und PAH - LIF
Unser Fokus liegt auf der Weiterentwicklung der experimentellen Datenanalyse durch maschinelles Lernen. Dies umfasst die Entwicklung neuartiger Methoden zur Generierung synthetischer Daten sowie deren Integration mit KI-Modellen für Aufgaben wie Bildsegmentierung und optische Flussdetektion. Unser Ziel ist die Entwicklung einer umfassenden KI-unterstützten Datenanalyse-Suite, die verschiedene KI-Aufgaben unter einem Dach mit Industriestandards vereint.
Wir koppeln experimentelle Daten mit numerischen Simulationen mittels KI-Ansätzen, um die Skalenaufklärung über die gemessenen Größen hinaus zu verbessern.
Wir entspannen / neu definieren die Designkriterien von Konzepten für die Einspritzung von Flüssigkraftstoff, um additive Fertigungsverfahren in ihrer Entwicklung nutzen zu können.
Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Entwicklung von kraftstoff- und lastflexiblen Verbrennungskonzepten erheblich unterstützen, die Skalierbarkeit von flüssigkraftstoffbetriebenen Mikro-Gasturbinensystemen erweitern und einen nahezu emissionsfreien Betrieb ermöglichen, wenn sie in Kombination mit CO2-neutralen flüssigen Brennstoffen verwendet werden. Verbrennungssysteme dieser Art können beispielsweise in innovativen Motorkonzepten (z.B. Hybridsystemen) und in Gasturbinen zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Verwandte Technologien bieten zudem eine risikoarme Lösung zur Dekarbonisierung der Energie-, Industrie- und Transportsektoren und sind entscheidend, um den aktuellen Standard der Energiesicherheit, der kontinuierlichen Versorgung und der Mobilität mit geringerem CO2-Fußabdruck zu gewährleisten.
Weitere Informationen / Teilnehmen
Sie haben Interesse an unserem Projekt, weitere Fragen oder möchten uns im Rahmen von studentischen Arbeiten, Praktika oder Abschlussarbeiten unterstützen, freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme per E-Mail oder Telefon. Die entsprechenden Kontaktdaten finden Sie unten.