Tailored Materials

Relevante Forschungsaktivität

Der Lehrstuhl forscht an Strömungsmaschinen zur Vorhersage der physikalischen Strömungsvor-gänge mit dem Ziel, Methoden zur Entwicklung dieser Maschinen bereitzustellen, als auch neue Anwendungsgebiete zu erschließen. Die Energiewende ist ein zentrales Thema des Lehrstuhls. Hierbei steht die Flexibilisierung und Erweiterung des Betriebs von Strömungsmaschinen im Fokus. Dies steht in starker Wechselwirkung mit den zur Verfügung stehenden Materialien, die die Pro-zess- und Betriebsparameter begrenzen. Hier fordern Neuentwicklungen, wie die Effusionsküh-lung, eine enge Zusammenarbeit mit der Fertigungstechnik und den Materialwissenschaften. Im Rahmen der vom BMWi geförderten Verbundprojekte ECOFLEX-turbo und COOREFLEX-turbo wer-den die Strömung und die akustischen Phänomene in Radseitenräumen von Radialverdichtern in einem mit CO2 betriebenen Prüfstand untersucht. In einem EU Projekt wird eine Strömungsma-schine mit überkritischem CO2 erforscht u.a. sind die hier einzusetzenden Werkstoff und deren Langzeitstabilität nur sporadisch betrachtet worden. In einem Axialverdichter wird durch Einsprit-zen von Wasser die Mehrphasenströmung betrachtet. Die Schaufelerosion in den Einspritzdüsen definiert hier die erreichbare Sprayqualität beeinflusst die Strömung und damit die Charakteristik des gesamten Verdichters.

Projekte und Kooperationen

Der Lehrstuhl kooperiert im Rahmen der AG Turbo, einem Zusammenschluss der 6 namhaftes-ten Hersteller von Strömungsmaschinen und 26 Hochschulen, in Verbundprojekten und beteiligt sich an der von der Bundesregierung geförderten Energieforschung. Zielsetzung ist die Verbesserung und die Bereitstellung von Vorhersagemethoden für den Einsatz hochflexibler Turboma-schinen zur Unterstützung der Energiewende. Weiterhin koordiniert der Lehrstuhl ein von der EU gefördertes Projekt im Rahmen des Horizon2020 zur Erforschung von überkritischen CO2 Kreisläufen. Aufgrund der räumlichen Nähe zu den Siemens Standorten Duisburg und Mülheim gibt es eine sehr enge Kooperation mit der Siemens AG, von der neben zahlreichen Forschungsaufträgen auch eine Stiftungsprofessur mit dem Ziel der Errichtung eines gemeinsamen Forschungs-, Ausbildungs- und Trainingszentrums (CoRE – Center of Rotating Equipment) finanziert wird.

Ausstattung

Am Lehrstuhl stehen ein 1-stufiger Radialverdichter (250 kW), ein 4-stufiger Radialverdichter (600 kW), ein 4-stufiger Axialverdichter (1 MW) und ein Windkanal für max. 10 bar und 400°C zur Verfügung. Ein Rotor-Stator Prüfstand wird für Untersuchungen bei Umfangsreynoldszahlen bis zu 109 mit unterschiedlichen Medien wie Luft, CO2, Helium eingesetzt. An den Prüfständen werden unterschiedliche optische Messverfahren Laser (PIV, LDA, PDPA) und die Standard Mess-verfahren für Druck, Temperatur sowie Heissfilmanemometer zur Messung der Komponenten von räumlichen Fluidgeschwindigkeiten eingesetzt.

Fünf ausgewählte Publikationen oder Patente

  • Schuster S., Benra. F.-K., Brillert D.: Droplet deposition in radial turbines: European Journal of Mechanics B/Fluids; Vol. 61, Part 2, P. 209-346, 2016.09.00, 2017.
  • Domnick C. B., Benra, F.-K., Brillert D., Dohmen H. J., Musch C.: Investigation on Flow-Induced Vibrations of a Steam Turbine Inlet Valve Considering Fluid–Structure Interaction Effects; J. Eng. Gas Turbines Power; 139(2); 022507-022507-10, 2016.
  • Domnick C. B., Benra, F.-K., Brillert D., Musch C.: Modification of a Steam Valve Diffuser for Enhanced Full Load and Part Load Operation Using Numerical Methods; Period. Polytechnica Mech. Eng., 60(3), pp. 185-192, 2016.
  • Domnick, C. B.; Musch, C.; Dohmen, H. J.; Benra, F.-K.: Numerical Investigation on the Time-Variant Flow Field and Dynamic Forces Acting in Steam Turbine Inlet Valves; J. Eng. Gas Turbine Power, 137(8), 081601, 2015.
  • Petry N., König S., Benra F.-K.: Influence of the Swirling Flow in the Side Cavities of a High-Pressure Centrifugal Compressor on the Characteristics of Excited Acoustic Modes; ASME, J. of Turbomach., Vol. 135/031024-1, 2013.