Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-07-02
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"Diese Arbeit befasst sich mit zwei verschiedenen Typen des dynamischen Verhaltens von Strömungsstrukturen in turbulenter Mischkonvektion.
Zu deren Untersuchung wurden Experimente in einer quaderförmigen Rayleigh-Bénard-Zelle, welche durch Lufteinlässe und -auslässe erweitert wurde, durchgeführt. Diese Experimente umfassten Messungen mit tomographischer Particle Image Velocimetry (PIV), stereoskopischer PIV und kombinierter PIV und Particle Image Thermometrie.
Um die Mechanik hinter den verschiedenen Dynamiken der Strukturen zu untersuchen, wurden weiterführende Analyseverfahren, wie die Zerlegung gemessener Felder in orthogonale Moden, angewendet.
Die wesentlichen Schlüsse, die daraus gezogen werden konnten sind, dass das dynamische Verhalten für den niedrigen Luftdurchsatz durch einen Akkumulationsprozess angetrieben wird, während bei höheren Luftdurchsätzen trägheitsgetriebene Strukturen, genauer Taylor-Görtler-artige Wirbel, das dynamische Verhalten bestimmen."
Aktualisiert: 2023-01-26
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Für das Verständnis und die Optimierung technischer Strömungsprozesse mit heißen Gas-, Verbrennungs- und Zweiphasenströmungen sind valide Messungen der Strömungsfelder notwendig. Die Particle Image Velocimetry (PIV) ist die am häufigsten verwendete optische Strömungsfeldmessmethode, wobei die Bewegung von der Strömung folgenden Partikeln mittels Kamera gemessen wird. Bei der Anwendung von PIV innerhalb von heißen Gas-, Verbrennungs- und Zweiphasenströmungen treten jedoch störende Lichtbrechungen aufgrund inhomogener Brechungsindexfelder auf. Es entstehen im Allgemeinen unbekannte Messabweichungen. Inwieweit diese im Messunsicherheitsbudget relevant sind, wird anhand von Beispielströmungen geklärt.
Aktualisiert: 2022-01-12
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Zur Eindämmung der Folgen durch die globale Erderwärmung ist es von großer Bedeutung, den Ausstoß an Treibhausgasen aus fossilen Energieträgern zu reduzieren. Hierzu müssen alle emittierenden Sektoren einen Beitrag leisten. Neben der industriellen Prozessanwendung sind Turbomaschinen im Bereich der Luftfahrt sowie der Energieumwandlung weit verbreitet.
Eine Reduktion an Treibhausgasen kann dabei durch eine Ressourceneinsparung aufgrund einer Steigerung des Wirkungsgrades erzielt werden, wobei ein sicherer Anlagenbetrieb gewährleistet werden muss.
Die Bereiche hoher Wirkungsgrade zeichnen sich im Verdichterkennfeld durch einen geringen Abstand zur Pumpgrenze aus. In diesen Gebieten kommt es aufgrund der hohen Schaufelbelastung zur Ausbildung von instationären Strömungsphänomenen wie dem Verdichterpumpen, die Rotierende Ablösung und die Rotierenden Instabilität (RI). Dabei ist die RI den beiden anderen Phänomenen vorgelagert und kann somit als ein Indikator für eine hohe aerodynamische Belastung angesehen werden. Da die Entstehungsmechanismen noch nicht vollständig geklärt sind, bedarf es hierzu weiterer Forschungsarbeit. Diese Arbeit beschäftigt sich in diesem Rahmen mit der experimentellen Untersuchung der RI.
Die Untersuchungen wurden an einem stehenden Verzögerungsgitter eines Ringgitterwindkanals sowohl mit stationärer als auch instationärer Messtechnik durchgeführt. Hierzu wurden neben einer pneumatischen 5-Loch-Sonde die Hitzdrahtanemometrie, piezoresistive Druckaufnehmer sowie ein Stereo Particle Image Velocimetry Messsystem eingesetzt.
Aktualisiert: 2022-06-09
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Der Rührvorgang ist ein essentieller Bestandteil von Biogasanlagen, da ein guter Methanertrag nur bei optimierter Durchmischung des Substrates erreicht werden kann. Michael Elfering untersucht stationäre und transiente Strömungsvorgänge in einem maßstäblich verkleinerten Modellfermenter bei verschiedenen Drehzahlen und Rührwerkslagen mittels optischer Messverfahren (Particle Image Velocimetry, PIV) und dem vektorbasierten Auswerteverfahren (Proper Orthogonal Decomposition, POD) mit dem Ziel optimaler Durchmischung. Um aus den Labormessungen Rückschlüsse auf reale Anlagen ziehen zu können, werden die scherverdünnende Viskosität des Fermentersubstrates und die Rührwerksdrehzahlen mittels Ähnlichkeitsgesetzen auf den Modellmaßstab übertragen. Die Messungen verdeutlichen das enorme Potential geeigneter Rührwerkslagen und -drehzahlen.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Das Automobil mit Verbrennungsmotor bildet einen grundlegenden Bestandteil unseres Verkehrswesens und wird diese Bedeutung auch in den nächsten Jahren behalten. Daher stellt die Entwicklung noch effizienterer Motoren ein wichtiges Forschungsfeld dar. Im Bereich der Ottomotoren bietet die Ladungsschichtung mittels Mehrfach-Einspritzung dafür besonderes Potential.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der innermotorischen Prozesse mit dem Fokus auf der Identifikation möglicher Ursachen von Zyklus-zu-Zyklus Schwankungen. Dazu werden die Strömung, das Eindringen des Einspritzstrahls und das Flammeneigenleuchten in einem optisch zugänglichen Ottomotor erfasst. Die simultane Verwendung zeitauflösender Messtechnik erlaubt die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung sowie die Analyse möglicher Interaktionen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Die Energiewandlung in Verbrennungsmotoren spielt eine bedeutende Rolle sowohl für den Warenfluss wie auch für den individuellen Transport. Unter dem Gesichtspunkt der Rohstoffverknappung und dem stetigen Bevölkerungswachstum ist ein detailliertes Verständnis der physikalischen Zusammenhänge notwendig, um diesen Wandlungsprozess mit optimalem Wirkungsgrad und somit effizienter Ressourcennutzung durchführen zu können. Ziel dieser Arbeit ist ein tieferes Verständnis der innermotorischen Prozesse sowie der Interaktion zwischen ausgewählten Teilaspekten zu erhalten. Hierzu erfolgen laserbasierte Messungen von systembeschreibenden Größen in einem optisch zugänglichen Verbrennungsmotor. Die vorliegende Arbeit beinhaltet detaillierte Angaben zum untersuchten Versuchsträger sowie ausgewählte Ergebnisse der durchgeführten Messungen. Hierbei liegt der Fokus auf der Charakterisierung des Motors, der zeitaufgelöste und dreidimensionale Vermessung der Brennraumströmung und einer quantitative Bestimmung der lokalen, dreidimensionalen Eigenausbreitung der Flamme im ottomotorischen Verbrennungsprozess. Alle präsentierten Ergebnisse verfolgen das globale Ziel, aus verschiedenen sequenziellen Experimenten bei reproduzierbaren Betriebsbedingungen ein möglichst umfassendes Bild des Wandlungsprozesses zu erhalten. Zusätzlich dienen diese als Basis für eine Datenbank zur Bewertung von Motorsimulationen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Die Interaktion von Flammen und Brennraumwänden kommt in nahezu allen gängigen technischen Verbrennungssystemen vor. Durch unvollständige Verbrennung kommt es dabei zu einer erhöhten Schadstoffbildung im wandnahen Bereich. Aktuelle Entwicklungen zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und Flugtriebwerken beruhen häufig auf der Verkleinerung von Brennräumen bei gleichbleibender oder gesteigerter Leistung. Die kompakteren Brennräume erhöhen das Oberflächen- zu Volumenverhältnis, so dass der Flamme-Wand-Interaktion bei zukünftigen Entwicklungen von Verbrennungssystemen eine größere Bedeutung zukommt. Aufgrund der auftretenden kleinen Raum- und Zeitskalen, bei denen die Flamme-Wand-Interaktion abläuft, sind die Prozesse weitgehend unerforscht und basieren auf empirischen Beziehungen. Für die Berechnung mittels numerischer Simulation (CFD) werden verlässliche Validierungsdaten benötigt.
In dieser Arbeit werden deshalb laserbasierte Methoden zur Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion eingesetzt, welche eine quantitative Erfassung des Flammenverlöschens ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden Methoden zur simultanen Bestimmung der Gasphasentemperatur- und CO-Konzentration, sowie die Untersuchung der Flammenpropagation durchgeführt und entwickelt. Die Beeinflussung des thermochemischen Zustandes beim transienten Flammenverlöschen im Gegensatz zu stagnationsstabilisierten Flammen steht dabei im Fokus.
Aktualisiert: 2023-03-27
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In der vorliegenden Arbeit werden die Strömungsvorgänge in einem Fermenter einer großtechnischen Biogasanlage mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) analysiert. Gegenstand der Arbeit waren zwei langsam laufende, schubbasierende Tauchmotorrührwerke. Die in das Modell eingeflossenen rheologischen Daten von den sehr diversifizierten, 3-phasigen Biosuspensionen konnten mit einem speziell entwickelten Rohrviskosimeters charakterisiert werden und sind als absolute Viskositätsfunktionen ins Modell eingeflossen. Die CFD-Analysen erfolgten im Maßstab 1:20 und 1:1. Die Ergebnisse wurden messtechnisch bestätigt. Es konnte durch eine angepasste Verortung der Rührorgane im Behälter eine Optimierung der horizontalen Strömungsgeschwindigkeit und damit eine Reduzierung der schlechter durchmischten Bereiche erreicht werden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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