Sonderforschungsbereich 686

 

Modellbasierte Regelung der homogenisierten Niedertemperatur-Verbrennung

Hintergrund

Die Bereitstellung von Energie spielt eine wichtige Rolle, in Industrie und Verkehr ebenso wie im Privaten.

Voraussetzung dafür ist auf absehbare Zeit nach wie vor die Verfügbarkeit und vor allem die effektive technische Nutzung fossiler Rohstoffe bzw. die effektive Nutzung der in ihnen enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Auch einige alternative Konzepte wie z.B. die Brennstoffzelle sind nach wie vor darauf angewiesen.

Gerade für das Transportwesen erscheint die Verwendung flüssiger Kohlenwasserstoffe wegen ihrer großen Energiedichte unverzichtbar. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen bringt jedoch eine Reihe bekannter Nachteile mit sich. Dies sind zum einen die bei den herkömmlichen Brennverfahren entstehenden Emissionen von Schadstoffen, die erheblich zur städtischen und regionalen Luftverschmutzung beitragen; zum anderen sind es die Emissionen von CO2, das als Treibhausgas für den Anstieg der Temperatur in der Erdatmosphäre und damit für die Veränderung des globalen Klimas verantwortlich gemacht wird.

Die Verringerung des Schadstoffausstoßes ist daher ein wichtiges Forschungsziel in diesen Bereichen. So konnten bei stationären Gasturbinen schon vor einigen Jahren neue Brennverfahren entwickelt und so die Schadstoffemissionen wesentlich reduziert werden, da durch Homogenisierung Temperaturspitzen vermieden wurden. Es stellten sich jedoch thermo-akustische Instabilitäten ein.

Auch bei Motoren werden ebenfalls auf breiter Front neue Brennverfahren entwickelt, die den Anforderungen nach niedrigen Emissionen bei gleichzeitig hoher Effizienz genügen. Ähnlich wie bei Gasturbinen nutzen diese neuen Verfahren das Prinzip der Homogenisierung und der Abgasrückführung, um den Schadstoffausstoß durch Temperaturabsenkungen zu verringern. Auch hier stellen sich jedoch Verbrennungsinstabilitäten ein.

Ziel: Die Kontrolle von Instabilitäten im Verbrennungsprozess

Da nicht erwartet werden kann, dass diese Instabilitäten durch verbrennungstechnische Maßnahmen allein behoben werden können, sollen sie durch Eingriffe in die Prozessführung kontrolliert werden. Dies verlangt eine auf den physikalischen und chemischen Grundlagen beruhende Analyse der Verbrennungsprozesse, mit dem Ziel, sie zu regeln.

Die Applikation einer solchen Regelung soll auf der Basis der für die jeweilige Anwendung gewonnenen Erkenntnisse und der dafür entwickelten physikalischen Modelle erfolgen, es wird sich also um eine modellbasierte Regelung handeln.

Deren Entwicklung für die jeweiligen Anwendungen stellt das mittelfristig angestrebte Ziel dieses Sonderforschungsbereichs dar. Im weiteren Verlauf sollen diese Modelle dann in reduzierter Form als Grundlage für eine detaillierte Untersuchung des Verbrennungsprozesses dienen, um die Ursachen der genannten Instabilitäten zu ergründen.

 

Verwandte Themen

 

Externe Links

  • Verbrennung im Regelkreis

    Hintergrundartikel der RWTH Professoren Norbert Peters und Dirk Abel über die Forschungsaktivitäten im Sonderforschungs-bereich (RWTH Themen)