B01: Funktionsintegration und Leistungserhalt von Propulsoren – Abwärmenutzung

Disziplin Thermodynamik

B01 widmet sich der Untersuchung grundlegender Phänomene und Einflussfaktoren die bei der funktionalen Integration von Wärmeübertragungsstrukturen zur verbesserten Nutzung von Abwärme in hochintegrierten Antriebssystemen auftreten. Die hohen Wärmemengen, die innerhalb der gegebenen räumlichen Grenzen des Gaskanals der Antriebe übertragen werden müssen, erfordern die Intensivierung der Wärmeübergang durch mikrostrukturierte Oberflächen. Der mit dem Einsatz solcher Mikrostrukturen einhergehende Druckverlust und die Verschmutzung der Strukturen durch Partikel in der Strömung sollen in diesem Projekt untersucht werden. Dies wird durch vereinfachte Experimente und skalenauflösende numerische Berechnungen erreicht. Das Ergebnis ist ein Ersatzmodell, das im Rahmen von SynTrac ausgetauscht wird.

Motivation

Unbekannte Effekte und Empfindlichkeiten gekoppelt an die funktionale Integration von Wärmeübertragungsstrukturen zur verbesserten Abwärmeübertragung in hochintegrierten Antriebssystemen.

  • Signifikant verändertes Regime der Abwärme
  • Interaktion mit einzigartigem Propulsor-Strömungsfeld
  • Makroskopische und mikrostrukturelle Oberflächen
  • Leistungserhalt durch Fouling
  • Designauswirkungen von Morphing-Strukturen
  • Berücksichtigung der Abgasbehandlung

Ziel

Quantifizierung der aero-thermodynamischen Empfindlichkeiten und des Synergiepotenzials. – Entwicklung eines Modells reduzierter Ordnung, das die Wärmeübertragung auf den Luftstrom im Propulsorring einbezieht, zur Verwendung in Design- und Funktionsintegrationsstudien.

  • Systemanalyse und Bewertung der Propulsor-Abwärmerückgewinnung.
  • Wärmeübertragungsstrukturen bei Strömungen mit hoher Ma- und Re-Zahl.
  • Bereitstellung von Wissen und Methodentransfer, der sich aus möglichen Auslegungsvarianten ergibt.
  • Zeitabhängige Degradation von Wärmeübertragungsflächen.

Lösungsansatz

Das Projekt untersucht die Anfälligkeit von flachen mikro-strukturierten Oberflächen für Fouling und nutzt dabei Particle Image Velocimetry (PIV), um reine Strömung zu messen und experimentelle Daten von flachen Platten zur Bestimmung nicht-dimensionaler Parameter zu verwenden. Die Untersuchung des Einflusses der Krümmung auf das Fouling von mikrostrukturierten Oberflächen beinhaltet die Verwendung gekrümmter μ-strukturierter Oberflächen, um zusätzliche Druckgradienten zu berücksichtigen.
Numerische Fouling-Modelle werden erweitert, um Verdichterfouling für die Verwendung mit μ-strukturierten Oberflächen zu berücksichtigen und das Verständnis durch RANS-Modelle zu verbessern. Basiskonfigurationen für die Abwärmenutzung werden in 3D definiert und berücksichtigen multiphysikalische und multidisziplinäre Anforderungen sowie Designauswirkungen.
Für die Abwärmenutzung umfasst die Entwicklung von Modellen reduzierter Ordnung die Einbeziehung von Effekten aufgrund von Wärmeübertragung und foulingbedingter Rauheit, neben Sensitivitätsstudien zur erreichbaren Wärmeübertragung. Eine Entropieanalyse wird zur detaillierten Verlustberechnung durchgeführt. Multidisziplinäre Auslegungsempfindlichkeiten für die Abwärmenutzung spiegeln aerothermische Auslegung wider und leiten Richtlinien für die funktionale Integration von wärmeübertragenden Strukturen ab.

Rolle in SynTrac

B01 wird eine Systemanalyse und -bewertung der Propulsor-Abwärmerückgewinnung liefern und einen Wissens- und Methodentransfer aufgrund möglicher Konstruktionsvarianten ermöglichen, die sich erheblich auf die Bewertung der Leistungsbilanz des Flugzeugs auswirken werden.

An "B01: Funktionsintegration und Leistungserhalt von Propulsoren – Abwärmenutzung" beteiligte Personen