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Spline-Interpolation

Allgemeine Informationen

Projektnummer 6017005
Projekttitel laut Förderbescheid Konzipierung und Optimierung neuer Energieumwandlungsprozesse auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation
Akronym Spline-Interpolation
Projektlaufzeit 01.01.2012 - 31.12.2012
Grundeinheit Fakultät Maschinenwesen

Inhaltliche Projektbeschreibung

Um den weltweit steigenden Energiebedarf zu befriedigen, aber gleichzeitig das Klima und die Ressourcen zu schonen, müssen neue Technologien in den bestehenden Kraftwerkspark integriert werden. Da die Energiegewinnung in Wind- u. Solaranlagen starken zeitlichen Schwankungen unterliegt, müssen konventionelle Kraftwerke viel häufiger in ihrer Leistung geregelt werden. Die so notwendig gewordene instationäre Prozess­führung muss schon in der Auslegung neuer energietechnischer Anlagen berücksichtigt werden.

Numerische Simulationen instationärer Prozesse sind besonders hinsichtlich des Rechenzeit­bedarfs extrem aufwändig. Die thermodynamischen Eigenschaften der verwendeten Arbeitsfluide müssen dabei sehr genau, aber mit minimaler Rechenzeit, ermittelt werden. Verfügbar sind hoch­genaue wissenschaftliche Gleichungen die jedoch mathematisch so aufwändig sind, dass ihre praktische Anwendung bei der Berechnung instationärer Prozesse aus Gründen der Rechenzeit nicht möglich ist. Deshalb werden bei der numerischen Simulation energie­technischer Anlagen viel einfachere aber auch viel ungenauere Näherungsmodelle genutzt. Um diesen Nachteil zu umgehen bieten sich Interpolationsverfahren an. Im beantragten Projekt soll deshalb ein Verfahren zur Stoffwert­berechnung mit Spline-Interpolation entwickelt werden, welches besonders zur Simulation instationärer Prozesse geeignet ist.

Die aus vorherigen Projekten gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass durch die Berechnung von thermo­dynamischen Zustands­größen mit Spline-Interpolation der Rechenzeitaufwand gegen­über den wissen­schaft­lichen Gleichungen um Faktoren zwischen 100 und 1000 reduziert werden kann.

Für die praktische Anwendung der Stoffwertberechung mit Spline-Interpolation wird ein Werkzeug zur Generierung von rechen­zeit­minimierten Stoffwertfunktionen benötigt. Dazu soll im beantragten Projekt ein Programmsystem entwickelt werden mit dem die zur Interpolation benötigten Stütz­wert­tabellen mit Spline-Koeffizienten berechnet werden können.

Vorgesehen ist die Anwendung des entwickelten Algorithmus in Kreisprozess­berechnungs­programmen und in Software zur numerischen Strömungssimulation. Die Erarbeitung einer IAPWS-Guideline als internationaler Standard zur Berechnung der Eigen­schaften von Wasser und Wasserdampf mit Spline-Interpolation in energietechnischen Prozess­modellierungen ist ein weiteres Ziel dieses Projektes.

Aufgrund des breiten Anwendungshorizontes würde die Bear­beitung des beantragten Projektes die Dritt­mittel­fähigkeit des Fachgebietes Technische Thermo­dynamik erheblich erhöhen. Somit unter­stützen diese Arbeiten Folgeprojekte der Kooperation mit der Wirtschaft und anderen wissen­schaftlichen Einrichtungen. Zugleich könnten die international anerkannten Arbeiten auf dem Gebiet "Thermodynamische Stoffdaten für Arbeits­fluide der Energietechnik" fortgesetzt werden.

Im Rahmen des Projektes ist vorgesehen, die bereits als kooperatives Promotionsverfahren zwischen der Technischen Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen und der Hochschule Zittau/Görlitz laufende Dissertation von Herrn Matthias Kunick fertigzustellen.

 

 

Es wird ein Verfahren zur schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation für instationäre Prozessmodellierungen und CFD-Programme entwickelt.

 

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. habil. Hans-Joachim Kretzschmar

 

 

 

Kooperationspartner:

  • Akademie der Wissenschaften Prag
  • DLR Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum Köln
  • TU Dresden, Institut für Energietechnik


 

Aktuelle Arbeiten:

- Das Verfahren wird die Berechnung der Eigenschaften von fluiden Stoffgemischen erweitert.
- Das Programm FluidSplines zur Generierung von Spline-Funktionen wird weiter entwickelt.
- Die Programme werden in die Praxis überführt, u. a. SIEMENS Energy Erlangen, ALSTOM Baden (Schweiz), General Electric Schenectady (USA), Vattenfall VPC Vetschau, STEAG Energy Services Zwingenberg, Doosan Skoda Pilsen, DLR Köln.

 

 


Veröffentlichungen:

Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.; di Mare, F.:
Simulation instationärer Prozesse und CFD in Dampfturbinen mithilfe eine neuen Spline-basierten Stoffwert-Berechnungsverfahrens.
In: Kraftwerkstechnik 2014, Hrsg. Beckmann, M. und Hurtado, A., Verlag Saxonia, Freiberg, S. 515-526 (2014)

Kunick, M; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Schnelle und flexible Berechnung thermodynamischer Stoffwerte mit Spline-Interpolation für die Modellierung instationärer Energieumwandlungsprozesse.
In: W. Honekamp, P. Schindler, Tagungsband der 13. Nachwuchswissenschaftlerkonferenz mitteldeutscher Fachhochschulen Görlitz, S.209-214, Re Di Roma-Verlag, Remscheid (2012)
ISBN 978-3-86870-436-5

 

 

Vorträge und Poster:

Kolloquium der Siemens AG, Mühlheim (2014)
Vorträge
Kretzschmar, H.-J.:
Forschungsgebiet Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik.
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.; di Mare, F.:
Simulation instationärer Prozesse und CFD in Dampfturbinen mithilfe eine neuen Spline-basierten Stoffwert-Berechnungsverfahrens.

 

Int. Workshop on Eq. of Stat, Havdeshoj DK (2014)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.; di Mare, F.:
Fast Calculation of Thermodynamic on Transport Properties Using Spline Interpolation of Transient Process Simulations in Ebsilon an CFD.

 

28th turbomachinery workshop, Plzen CZ (2014)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.; di Mare, F.:
Fast Calculation of Real Fluid Properties for Steam Turbine CFD Analysis with the new IAPWS Standard on the Spline-Based Table Look-Up Method (SBTL).

 

46. Kraftwerkstechnisches Kolloquium 2014, Dresden (2014)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.; di Mare, F.:
Simulation instationärer Prozesse und CFD in Dampfturbinen mithilfe eine neuen Spline-basierten Stoffwert-Berechnungsverfahrens.

 

IAPWS Annual Meeting, Moscow (2014)
Vortrag
Kretzschmar, H.-J.; Kunick, M.; Gampe, U.; Hruby, J.; Duska, M.; Vins, V.; Di Mare, F.; Singh, A.:
Draft IAPWS Guideline: Fast Calculation of Steam and Water Properties with Spline-Based Table Look-Up Method (SBTL)

 

TRACE User Conference, DLR Köln (2014)
Vortrag
Kretzschmar, H.-J.; Kunick, M.; di Mare, F.; Gampe, U.:
Fast Calculation of Thermodynamic and Transport Properties in Computational Fluid Dynamics Using the Spline Based Table Look-up Method – STM

 

Arbeitstagung 2014 des Deutschen Nationalen Komitees der IAPWS, Bochum (2014)
Vortrag
Herrmann, S.; Kunick, M.; di Mare, F.; Kretzschmar, H.-J.:
Stand der Evaluierung der "IAPWS Guideline on the Fast Calculation of Steam and Water Properties in Computational Fluid Dynamics Using the Spline-Based Table Look-Up Method (STM)"

 

EBSILON-Anwendertagung, Wiesbaden (2013)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J., di Mare, F.; Gampe, U.:
Schnelle und genaue Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation für die Modellierung instationärer Prozesse und numerische Strömungssimulation

 

International Colloquium 150th Birthday of Richard Mollier, Dresden (2013)
Vortrag
Kunick, M.: Kretzschmar, H.-J.; di Mare, F.; Gampe, U.:
Fast Calculation of Thermodynamic and Transport Properties Using Spline Interpolation – Applied in Flow Analyses of Steam Turbines using CFD

 

Doktorandenseminar der Professur für Thermische Energiemaschinen und Anlagen, Institut für Energietechnik, Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden (November 2013)
Vortrag
Kunick, M.:
Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation 

 

Thermodynamik-Kolloquium des VDI und der DECHEMA, Hamburg (2013)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H-.J.; Di Mare, F.; Gampe, U.:
Schnelle Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation für numerische Strömungssimulationen und die Berechnung instationärer Prozesse

 

16th International Conference on the Properties of Water and Steam (16th ICPWS), London (2013)
Vorträge
Kretzschmar, H-.J.; Kunick, M.; Hruby, J.; Duska, M.; Vins, V.; Di Mare, F.; Singh, A.:
Proposal for an IAPWS Guideline on the Fast Calculation of Steam and Water Properties in Computational Fluid Dynamics Using Spline Interpolation
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, u.:
Fast Calculation of Thermodynamic Properties of Water and Steam Using a Spline Based Table Look-up Method – STM.

 

IAPWS Annual Meeting, London (2013)
Vortrag
Kretzschmar, H-.J.; Kunick, M.; Hruby, J.; Duska, M.; Vins, V.; Di Mare, F.; Singh, A.:
Proposal for an IAPWS Guideline: Fast Calculation of Steam and Water Properties in Computational Fluid Dynamics Using the Spline-Based Table Look-Up Method (STM). Ethane: A Viscosity Surface Correlation Convenient for Engineers.

 

2nd Symposium on Thermophysical Properties for Technical Thermodynamics, Rostock (2013)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; di Mare, F.; Gampe, U.: 
Fast Calculation of Thermodynamic Properties of Water and Steam Using a Spline‐Based Table Look-Up Method.

 

Doktorandenseminar der Professur für Thermische Energiemaschinen und Anlagen, Institut für Energietechnik, Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden (2013)
Vortrag
Kunick, M.:
Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation.

 

Jahrestagung des Deutschen Nationalen Komitees der IAPWS, Erlangen (2013)
Kunick, M.; di Mare, F.; Kretzschmar, H.-J.:
IAPWS Guideline on the Fast Calculation of Water and Steam Properties in Computational Fluid Dynamics Using Spline Interpolation 

 

IAPWS Annual Meeting, Boulder CO (2012) 
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Fast and Accurate Calculation of Thermodynamic Properties Using a Spline-Based Table Look-Up Method.

 

Symposium on Thermophysical Properties of Fluids, Zittau (2012)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: Fast and Accurate Calculation of Thermodynamic Properties in Process Simulations Using a Spline-Based Table Look-Up Method.

 

18th International Symposium on Thermophysical Properties, Boulder CO (2012) 
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Fast and Accurate Calculation of Thermodynamic Properties in Transient Process Simulations Using a Spline-Based Table Look-Up Method.

 

13. Nachwuchswissenschaftlerkonferenz mitteldeutscher Fachhochschulen, Görlitz (2012)
Vortrag
Kunick, M; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Schnelle und flexible Berechnung thermodynamischer Stoffwerte mit Spline-Interpolation für die Modellierung instationärer Energieumwandlungsprozesse.

 

Jahrestagung des Deutschen Nationalen Komitees der IAPWS, Bochum (2012)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.: 
Schnelle und konsistente Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation – Arbeiten innerhalb der IAPWS Task Group "CFD Steam Property Formulation".

 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Köln (2012)
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Schnelle und flexible Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation für die Modellierung und Optimierung fortschrittlicher Energieumwandlungsprozesse.

Weitere Daten

  • Ansprechpartner

    • Herr Prof. Hans-Joachim Kretzschmar (Projektleitung)
    • Herr Sebastian Herrmann
    • Herr Matthias Kunick
  • Fördermittelgeber

    • 4-7531.60-02-5150-12 - SMWK 2012
    • 4-7531.60-02-5150-12/1 - SMWK 2012

      • SMWK
  • Finanzierung

    • 30.994,20 €

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