Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation

Allgemeine Informationen

Projektnummer	601906
Projekttitel laut Förderbescheid	Berechnung von Energieumwandlungsprozessen mit CO2-Abscheidung auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation (Stoffwert-Berechnung mit Spline-Interpolation I)
Akronym	Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation I
Projektlaufzeit	01.01.2008 - 31.12.2008
Forschungsschwerpunkt	Energie und Umwelt
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt
Grundeinheit	Fakultät Maschinenwesen

Inhaltliche Projektbeschreibung

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

Prof. Dr.-Ing. Matthias Kunick

 

Ausgangssituation:

In fortschrittlichen Kraftwerksprozessen, wie dem Oxyfuel-Prozess oder anderen Verfahren mit CO₂-Abschei­dung, kommen Stoffgemische als Arbeitsfluide zum Einsatz. Die genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften dieser Gemische ist extrem aufwändig und benötigt in Prozessmodellierungen einen erheblichen Anteil der Rechenzeit. Erfahrun­gen zeigen, dass insbesondere für die Optimierung und instationäre Berech­­nung eine schnelle Stoff­wert­berechnung zwingend notwendig ist.

Die bisher genutzten Algorithmen basierten auf thermodynamischen Fundamental­glei­chungen, deren numerische Berechnung sehr aufwändig ist. Aus diesen Gleichungen und deren Ableitungen werden die Zustandsgrößen ermittelt, wobei mehrdimensional iteriert werden muss.

In der Vergangenheit wurden bereits Ansätze zur Interpolation der Zustands­größen ent­wickelt. Das bisher favorisierte Verfahren, die sogenannte Tabular Taylor Series Expansion (TTSE) Methode führt zwar zu einer Verringerung der Rechenzeit, ist jedoch für numerische Berechnungen ungeeignet, da sie mathematisch unstetig ist. Das Forschungs­vorhaben beinhaltet deshalb die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur schnellen und stetigen Berechnung der Zustandsgrößen mit Spline-Interpolation.

 

 

Ziele des Projekts:

Es sollte ein Verfahren entwickelt und umgesetzt werden, mit dem eine schnelle und genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften von Arbeitsfluiden realisiert werden kann.

Vor allem die Auslegung und Optimierung von modernen Energieumwandlungsverfahren mit CO₂-Abschei­dung soll damit ermöglicht werden. Weiterhin sollte bei der numerischen Simulation instationärer Prozesse eine genaue Berechnung der thermodynamischen Eigen­­schaften realisiert werden. Aufgrund der schnel­leren Stoffwertalgorithmen wird es überhaupt erst möglich, solche Prozesse mit Stoff­gemischen zu modellieren und zu optimieren.

Die Erarbeitung einer IAPWS-Guideline als internationalen Standard zur Berechnung der Eigen­schaften von Wasser und Wasserdampf mit Spline-Interpolation in energietechnischen Prozess­modellierungen ist ein weiteres Ziel dieses Projektes. Die Aufgabenstellung wird innerhalb einer Task Group der International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) bearbeitet.

 

 

Bedeutung des Projektes:

Mit der in diesem Projekt bearbeiteten Thematik "Thermodynamische Eigenschaften von fluiden Stoff­gemischen" wird eine neue Forschungsrichtung am Fachgebiet Technische Thermo­­­dynamik begonnen. Zugleich können die international anerkannten Arbeiten auf dem Gebiet "Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik", die in den ver­gangenen Jahren zu vier internationalen Standards führten, fortgesetzt werden. Insbesondere würde auch die Voraussetzung geschaffen, am Nachfolgeprojekt des EU-Projekts "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage" (AA-CAES), das am Fach­gebiet Technische Thermodynamik von 2003 bis 2006 mit großem Erfolg bearbeitet wurde, teilzunehmen.

Das Projekt unterstützt Folge­maß­nahmen der Kooperation mit der Wirtschaft und anderen wissen­­schaftlichen Einrichtungen. Der unmittelbare Kooperationspartner in der Industrie ist Siemens Power Generation Görlitz.

Partner bei der wissenschaftlichen Bearbeitung des Projekts sind das Institut für Energie­technik, Lehrstuhl für Thermische Energiemaschinen und -anlagen, TU Dresden.

Die internationale Bedeutung resultiert aus der Bearbeitung innerhalb der IAPWS Task Group, der u. a. Vertreter von Siemens Power Generation Erlangen, General Electric Schenectady (USA), Alstom Power Baden (Schweiz) und Toshiba Tokio (Japan) angehören.

Von besonderer Bedeutung ist die Entwicklung eines IAPWS-Standards als Ergebnis dieses Projekts.

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Veröffentlichungen:

Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.: 
Fast Calculation of Thermodynamic Properties of Water and Steam in Process Modelling using Spline Interpolation. 
In: Water, Steam, and Aqueous Solutions - Advances in Science and Technology for Power Generation, Proceedings of the 15th International Conference on the Properties of Water and Steam, Ed. by R. Span and I. Weber, VDI GET (2008), 
ISBN 978-3-931384-64-7

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Vorträge & Poster:

15th Conference on the Properties of Water and Steam, Berlin (2008)
Vortrag
Kunick, M.; Kretzschmar, H.-J.; Gampe, U.:
Fast Calculation of Thermodynamic Properties of Water and Steam in Process Modelling Using Spline Interpolation.

• Abstract
• Präsentation

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Herr Prof. Hans-Joachim Kretzschmar (Projektleitung)

• Fördermittelgeber

  • 4-7531.60-02-5150-08 - SMWK 2008
  • 4-7531.60-02-5150-08/4 - SMWK 2008
  
  
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