Lehrstuhl für Fluiddynamik

Das Team um Prof. Dr.-Ing. Andreas Kempf entwickelt und testet Methoden zur Simulation und Optimierung reaktiver Strömungen und Flammen in Anlagen wie Gasturbinen-Brennkammern, Nanopartikel-Synthesereaktoren, Kolbenmotoren oder Biomasse- und Kohlestaubfeuerungen. Unsere Methoden ermöglichen die Verkürzung von Entwicklungszeiten, um Kosten weiter zu senken. Letztlich ermöglichen es unsere Forschungsergebnisse, kosteneffiziente, flexible und sichere Anlagen zu entwickeln, die deutlich weniger Schadstoffe ausstoßen als ihre Vorgänger.

Die komplexen Vorgänge in Synthese- und Verbrennungsanlagen erfordern eine detaillierte numerische Beschreibung der Reaktions- und Transportprozesse. Deren Simulation verschafft Einblick in messtechnisch unzugängliche Bereiche, ermöglicht die Untersuchung und das Verständnis der isolierten Teilprozesse und ihrer Interaktionen, und schlägt eine Brücke zwischen Labor- und Industriemaßstab. Dazu entwickeln und implementieren wir numerische Modelle und Methoden, die zur Beschreibung und Simulation der turbulenten Verbrennung von Mehrphasenströmungen sowie der Reaktionskinetik notwendig sind.

Finanziert werden unsere Arbeiten durch das Land Nordrhein-Westfalen, die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), die Allianz Industrieforschung (AiF), durch nationale und internationale Höchstleistungsrechenzentren sowie durch zahlreiche Unternehmen aus den Bereichen Installations-, Kraftwerks- und Anlagenbau.

An der Universität Duisburg-Essen ist unsere Gruppe eng mit den anderen Gruppen des CeNIDE (Center for Nano-Integration Duisburg-Essen), CER.UDE (Center for Energy Research) und CCSS (Center for Computational Sciences and Simulation) verzahnt. Als Mitglied des IVG stellen wir detaillierte Simulationsergebnisse bereit und nutzen für uns essentielle Daten aus den Experimenten der anderen Gruppen.

Das Studium am Lehrstuhl vermittelt Kompetenzen auf den Gebieten der Strömungssimulation, der Beschreibung reagierender Strömungen und der Turbulenzmodellierung.

NEWS

28.09.20 Veröffentlichung in Fuel akzeptiert

 

Eine Pseudo-DNS eines selbstzündenden gepulsten Strahlstroms wird vorgestellt. Für die Simulation wurde die HPC Hazel Hen in Stuttgart verwendet, wo die Rechenkosten 40 Millionen CPUh betragen. 

17.07.2020 Veröffentlichung in Proceedings of the Combustion Institute akzeptiert

 

Eine kollaborative Arbeit mit der Stanford Universität wurde in der Fachzeitschrift Proceedings of the Combustion Institute angenommen. In dieser Studie werden quantenchemische Berechnungen und isodesmische Reaktionskonzepte für die Bestimmung der temperaturabhängigen Standardbildungsenthalpie, Entropie und Wärmekapazität von Si-C-H-Radikalen und -Molekülen vorgestellt, aus denen durch kombinatorische Überlegungen Gruppenadditivitätswerte (GAVs) bestimmt wurden.

17.07.2020 Veröffentlichung in Proceedings of the Combustion Institute akzeptiert

 

Eine kollaborative Arbeit bestehend aus Simulation und Experiment wurde zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Proceedings of the Combustion Institute akzeptiert. In dieser Studie wird ein chemischer Reaktionsmechanismus für die Oxidation von Tetramethylsilan (TMS) in einer Reihe von H2 /O2 /Ar-Niederdruckflammen (p=30 mbar) von brennstoffarmen bis leicht brennstoffreichen Flammenbedingungen untersucht (φ=0,8, 1,0 und 1,2). Die experimentellen Daten werden mit Simulationen unter Verwendung eines kürzlich veröffentlichten Reaktionsmechanismus verglichen.

09.06.2020 Veröffentlichung in Proceedings of the Combustion Institute akzeptiert

 

Es wird eine effiziente Methode vorgestellt, mit der die zu groß vorhergesagten Spezies in Modellen mit verdickter Flamme korrigiert werden können. Diese Arbeit ist eine Kollaboration zwischen der Universität Duisburg-Essen und der Université Paris-Saclay.

08.06.2020 Veröffentlichung in Combustion Science and Technology akzeptiert

 

In dieser Arbeit wird eine magere vorgemischte Strahlflamme unter Hochdruckbedingungen mittels Grobstruktursimulationen untersucht. Simulationen mit verschiedenen Verbrennungsmodellen werden mit den experiementellen Daten verglichen und die Schadstoffbildung von Kohlenmonoxid und Stickoxiden, sowie die Stabilisierung der Flamme wird analysiert.

05.06.2020

 

Trauer um
Prof. Mário Costa

 

In tiefer Trauer nehmen wir Abschied von unserem Kollegen und Freund Prof. Mário Costa.

Sein Wissen, seine Hilfsbereitschaft und seine Freundschaft wird unvergessen bleiben.

 

 

 

05.06.2020 Veröffentlichung in Combustion and Flame akzeptiert

 

Detaillierte eindimensionale Berechnungen der instationären laminaren stratifizierten Flammen in einem unbelasteten Zustand werden vorgestellt. Die Stratifizierung wird durch Änderung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses am Einlass mit Hilfe einer Sinusfunktion erreicht. Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Newcastle University im Rahmen einer DFG-Förderung durchgeführt.

05.06.2020 Prüfung in Strömungslehre 2 / Fluid Dynamics (WiSe 19/20) neu terminiert

Die Prüfung im Fach Strömungslehre 2 / Fluid Dynamics (WiSe 19/20) wurde neu terminiert:

Datum:
Dienstag, 09.06.2020
von 10:30 - 12:30 Uhr

Ort:
LA 0034: Studierende mit Familienname von A - K
LX 1205: Studierende mit Familienname von  L - Z

Es finden keine Prüfungen in den Räumen LX 1203 and LA Mensa statt!

02.06.2020 Klausureinsicht Strömungslehre 1 (WiSe 19/20)

Aufgrund der Corona-Krise wird die Klausureinsicht im Fach Strömungslehre 1 bis auf weiteres verschoben. In begründeten Notfällen (Klausur wurde nicht bestanden, wodurch sich nachweislich das Studium um ein Semester verlängert) kann eine Ausnahme gemacht werden. Vereinbaren Sie dazu bitte einen Termin mit Herrn Dominik Meller dominik.meller [at] uni-due.de. Die Einsicht wird dann für Sie zum festgelegten Zeitpunkt in einem großen Raum am Campus Duisburg durchgeführt - für Sie und den Mitarbeiter besteht dabei Maskenpflicht.

30.04.2020 2020 Bernard Lewis Fellowship für das 38. Internationale Symposium on Combustion

Unser ehemalige Doktorand und Postdoc, Dr. Martin Rieth, wird mit einem Bernard Lewis Fellowship für das 38. Internationale Symposium on Combustion ausgezeichnet. Das Stipendium wird alle 2 Jahre vom Combustion Institute an junge Wissenschaftler für die hohe Qualität ihrer wissenschaftlichen Arbeit vergeben. Wir freuen uns über diesen Erfolg - Herzlichen Glückwunsch, Martin!

17.04.2020 COVID19 - Aktuelle Info zu unseren Lehrveranstaltungen


Liebe Studierende,

COVID-19 zwingt uns, unsere Kurse mit elektronischen Mitteln zu lehren. Dies ist nicht ideal, da es unweigerlich zu einer schlechten, kaum interaktiven Erfahrung führen wird - wir sind enttäuscht und entschuldigen uns für die Unannehmlichkeiten. Für "Strömungslehre 1", "Fluid Mechanics 1" und "Numerics and Flow Simulation" haben wir uns für den folgenden Ansatz entschieden:

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09.03.2020 Veröffentlichung in Fuel akzeptiert


In Zusammenarbeit mit der ETH Zürich wurde eine Studie zur Partikelhistorie aus massiv parallelen Grobstruktursimulationen der Kohlenstaubverbrennung in einem großtechnischen Laborofen durchgeführt.

21.10.2019 Publikation in International Journal of Heat and Fluid Flow


In einer Zusammenarbeit mit der Universität der Bundeswehr in München und Keio University unter der Leitung von Markus Klein wurde ein vielversprechendes Scale-Similarity Modell für LES-Berechnung vorgestellt und ausführlich getestet. Das parameterfreie Modell zeigt gute Ergebnisse in einphasigen und mehrphasigen Testfällen bei geringem Rechenaufwand. Insbesondere in freien Strömungen übertrifft das Modell bekannte Eddy-Viscosity Ansätze.

06.09.2019 Publikation in Chemical Engineering Science akzeptiert


Eine kollaborative Arbeit bestehend aus Simulation, Experiment und theoretischer quantenchemischer Berechnung führte zu einer Veröffentlichung, die in der Fachzeitschrift Chemical Engineering Science akzeptiert wurde. In dieser Studie wird ein chemischer Reaktionsmechanismus für die Oxidation von Tetramethylsilan (TMS) als Präkursor in einer mageren Niederdruckflamme (p ≈ 30 mbar) H2/O2/Ar unter Verwendung von Spezies-Molenbrüchen entwickelt, die aus Molekularstrahl-Massenspektrometrie (MBMS)-Messungen in einer matrixgestützten flachen Flamme erhalten wurden, die mit 600 ppm TMS als Ausgangspunkt dotiert ist.

Chem. Eng. Sci. 115209 (2019)

23.08.2019 Neue Publikation zum SpraySyn Burner


Durch Zusammenarbeit mehrerer IVG Mitglieder mündete in einem gemeinsamen Paper, das in dem Review of Scientific Instruments Journal veröffentlicht wurde. Der SpraySyn Brenner, der Gegenstand des Schwerpunktprogramms SPP1980 ist, wird vorgestellt. Der Brenner ist ein pilotierter Spraybrenner, der zur Synthese von Nanopartikeln benutzt wird. Der Flammencharakterisierung dienende experimentelle und numerische Ergebnisse werden präsentiert.

Rev. Sci. Instrum 90, 085108 (2019)

23.08.2019 Jürgen-Warnatz-Preis 2019


Unser ehemaliger Doktorand und Postdoc, Dr. Martin Rieth, erhält von der Deutschen Sektion des Combustion Institutes den Jürgen-Warnatz-Preis 2019 für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Verbrennungsforschung. Wir sind sehr stolz auf diese Leistung - herzlichen Glückwunsch, Martin!

11.04.2019 Veröffentlichung in Fuel akzeptiert


Eine transiente selbstzündende Jet-Flamme mit einer Domänenlänge von über 40 Düsendurchmessern wird mit Hilfe komplexer Verbrennungsmodelle simuliert.