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Start date: 2020Subject: search.filters.subject.620Institute: search.filters.UBSInstitut.Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)

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    Development of suppressed Ion chromatography for the online quantification of cations in electrochemical ammonia synthesis research
    (2026) Bragulla, Sebastian; Lorenz, Julian; Harms, Corinna; Wark, Michael; Friedrich, K. Andreas
    Practical research on the electrochemical nitrogen reduction reaction (eNRR) requires quantitative ammonia trace analysis because production rates are on the order of µg h-1 in aqueous electrolyte. This challenge is further aggravated by complex sample matrices. Ion chromatography is a powerful analytical technique for the quantitative determination of ammonium down to ppb‐concentrations, but requires matrix elimination (ME) for these kinds of sample. We developed a suppressed cation chromatography method using automated matrix neutralization and ME to quantitatively determine ammonium in 0.2 M sulfuric acid electrolyte at µg L-1 concentrations for use in NRR research. Although direct conductivity detection of cations is less sensitive than unsuppressed indirect conductivity detection, baseline noise requires suppression at these concentrations. Nonlinearity of the calibration curve became noticeable below ≈ 1 ng ammonium. A method limit of detection of 2 µg L-1 (ppbmol) for ammonium was achieved at 100 µL injection volume. Direct coupling of the electrochemical cell and IC enabled online quantification. This online measurement of ammonium in 0.2 M sulfuric acid electrolyte revealed ammonium contamination rapidly liberated from the hitherto judged negligible Nafion ionomer of the gas diffusion electrode at open circuit voltage, showing prior production rates to be likely false positives.
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    Entwicklung laserspektroskopischer Methoden zur Analyse der Verdunstungseigenschaften von Brennstofftropfen
    (Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2021) Werner, Stefanie; Riedel, Uwe (Prof. Dr. rer. nat.)
    Die steigenden Emissionen des klimaschädlichen Treibhausgases CO2 durch die Verbrennung von fossilen, endlichen Energieträgern müssen möglichst schnell und nachhaltig reduziert werden. Ein vielversprechender Lösungsansatz zur Reduzierung der Schadstoffemissionen bei der Verbrennung liegt in dem Einsatz von alternativen und erneuerbaren Brennstoffen. Als Energieträger bieten sich auf Grund ihrer hohen Energiedichte vor allem flüssige Brennstoffe an. Diese werden typischerweise durch Druckzerstäubung in die Brennkammer eingebracht, verdunstet und dann mit dem Oxidationsmittel vermischt und verbrannt. Die Verdunstung der kleinen Brennstofftropfen des sogenannten Sprays ist von entscheidender Bedeutung für den Gesamtverbrennungsprozess in Verbrennungsmotoren und Gasturbinen. Im Allgemeinen bestimmt die Verdunstungsrate die Verbrennungsrate. Daher sind Modelle notwendig, die eine genaue Vorhersage der Brennstoffverdunstung ermöglichen. Zur Validierung dieser Modelle werden quantitative Messungen unter genau definierten Randbedingungen benötigt. Da die Prozesse in technischen Brennkammern sehr komplex sind, werden Experimente zur Tropfenverdunstung häufig mit linearen, monodispersen Tropfenketten durchgeführt, um die Kopplung zwischen den verschiedenen Effekten zu minimieren. Durch die geringe Größe der Tropfen (typischerweise wenige hundert Mikrometer oder weniger), erfordert die experimentelle Untersuchung eine hohe räumliche Auflösung. In dieser Arbeit wurden quantitative, laseroptische Messtechniken mit hoher räumlicher Auflösung zur experimentellen Untersuchung der Tropfenverdunstung an monodispersen Tropfenketten entwickelt. Mit den Messtechniken wurden Validierungsdaten für die Verdunstungseigenschaften von verschiedenen Brennstoffen bestimmt. Konzentrationsmessungen von verdunsteten Kohlenwasserstoffen wurden unter Verwendung von Infrarot-Laserabsorptionsspektroskopie und laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie (LIF) durchgeführt. Tropfenketten wurden mit einem Tropfenkettengenerator erzeugt, welcher vertikal in einem Strömungskanal installiert wurde. Die untersuchten Brennstoffe waren Cyclohexan, iso-Octan, n-Heptan, n-Pentan, 1-Butanol und Anisol. Der Strömungskanal wurde mit einer laminaren Luftströmung bei verschiedenen Temperaturen (313 K - 430 K) durchströmt. Da die untersuchten Tropfen einen Durchmesser in der Größenordnung von 120 bis 160 µm hatten und die Konzentrationsgradienten nahe der Tropfenoberfläche groß waren, war eine hohe räumliche Auflösung der Messtechniken erforderlich. Die Absorptionsmessungen wurden mit der Infrarotstrahlung eines HeNe-Lasers bei λ = 3,39 µm durchgeführt, um die CH-Streckschwingung der Kohlenwasserstoffe anzuregen. Die für die Quantifizierung der Brennstoffkonzentrationen benötigten Absorptionsquerschnitte wurden in einer beheizten Gaszelle für Temperaturen von 300 K - 773 K bestimmt. Die räumliche Auflösung im Strömungskanal betrug < 50 µm über eine Länge von 2 mm (Halbwertsbreite). Durch die Zylindersymmetrie und gute Stabilität der Tropfenketten konnten zeitliche Mittelungs- und Tomografieverfahren angewandt werden. Hierdurch konnten radiale Konzentrationsprofile an mehreren Positionen im Strömungskanal erhalten werden. Aus dem Anstieg der Dampfkonzentration an verschiedenen Messpositionen konnte die Verdunstungsrate bestimmt werden. Die Verdunstungsraten wurden in Abhängigkeit von der Mantelstromtemperatur (313 K - 430 K), der Tropfengeschwindigkeit (8 m/s - 23 m/s), der Tropfenerzeugungsfrequenz (12 kHz - 75 kHz) und dem Tropfenabstand (300 µm - 685 µm) gemessen. Im untersuchten Temperaturbereich steigt die Verdunstungsrate des Brennstoffs linear mit der Temperatur an. Die Reihenfolge der Brennstoffe in Bezug auf die Verdunstungsrate entspricht den Siedepunkten der einzelnen Brennstoffe. Da technische Brennstoffe häufig eine Mischung mehrerer Komponenten sind, ist die Untersuchung von Brennstoffgemischen von großem Interesse. Daher wurde ein Messverfahren entwickelt, um binäre Gemische zu untersuchen. Das Verfahren wurde verwendet, um eine Mischung aus Cyclohexan und Anisol zu untersuchen. Zwei Messtechniken - laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) und Infrarot Absorptionsspektroskopie - wurden verwendet, um beide Spezies zu messen. Um λ = 3,39 µm ist der Absorptionsquerschnitt von Cyclohexan um etwa den Faktor 8 größer als von Anisol. Im untersuchten Fall war die Konzentration aufgrund des höheren Dampfdrucks ebenfalls deutlich größer. Daher konnte das Infrarot-Absorptionssignal praktisch ausschließlich Cyclohexan zugeordnet werden. Anisol hat bei Anregung bei λ = 266 nm eine sehr gute Fluoreszenzquantenausbeute, während Cyclohexan keine Fluoreszenz zeigt. LIF ermöglicht daher die Quantifizierung von Anisol (oder anderen Aromaten) ohne Interferenz durch Kohlenwasserstoffe. Es wurde ein Messverfahren entwickelt, welches Halationseffekte vermeidet, die typischerweise in planaren LIF-Experimenten an Tropfenketten auftreten. Kalibrationsmessungen, die im gleichen Strömungskanal durchgeführt wurden, ermöglichten die Quantifizierung der verdunsteten Anisolkonzentrationen. Die räumliche Auflösung betrug 80 µm. Ähnlich wie bei den Einzelkomponentenmessungen wurden Verdunstungsraten bestimmt. Wie aufgrund des niedrigeren Dampfdrucks zu erwarten, ist die Verdunstungsrate von Anisol niedriger als die von Cyclohexan. Die Verdunstungsrate von Cyclohexan in der binären Mischung stimmt gut mit den Einzelkomponentenmessungen überein. Das entwickelte Messverfahren ist sehr vielversprechend für weitere Untersuchungen an Mehrkomponentenmischungen. In dieser Arbeit konnte damit erstmals mit hoher räumlicher Auflösung die Verdunstung von Brennstoffkomponenten mittels Absorptionsspektroskopie in der Nähe von Brennstofftropfen untersucht werden. Zusätzlich wurden in Kombination mit laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie Messungen an binären Mischungen durchgeführt. Damit steht ein wertvoller Datensatz zur Validierung von numerischen Simulationen zur Verfügung.
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    Wetting behavior of aprotic Li-air battery electrolytes
    (2021) Kube, Alexander; Bienen, Fabian; Wagner, Norbert; Friedrich, K. Andreas
    The open architecture of cathodes in Li–air batteries implies the need for open porosity with adequate pore size distribution and surface energy optimization with regard to the electrolyte. The interaction of liquid and cathode material, especially the wetting properties, which depend on cathode material, roughness and porosity, and electrolyte properties, needs to be understood properly to avoid flooding and assure high active areas. In this work, contact angle goniometry, capillary rise method, and pressure saturation curves are used to investigate the wetting properties of dimethyl sulfoxide (DMSO), tetraethylene glycol dimethyl ether (Tetraglyme), a 1:1 mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (EC:DMC) and water on a gas diffusion layer (GDL) Sigracet 39BC, and a pure flat polytetrafluorethylene (PTFE) foil. Contact angle measurement shows that all three organic solvents wet the GDL hydrophobic agent PTFE. Capillary rise measurements show that all sample liquids slowly imbibe into the porous network. While for Tetraglyme an efficient penetration is limited by the high viscosity, water flow rate is slowed down by the hydrophobic pore network of the GDL. Pressure saturation curves for DMSO, Tetraglyme, and EC:DMC can be obtained for the first time and are compared with the water pressure saturation curve.
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    CHEMampere : technologies for sustainable chemical production with renewable electricity and CO2, N2, O2, and H2O
    (2022) Klemm, Elias; Lobo, Carlos M. S.; Löwe, Armin; Schallhart, Verena; Renninger, Stephan; Waltersmann, Lara; Costa, Rémi; Schulz, Andreas; Dietrich, Ralph‐Uwe; Möltner, Lukas; Meynen, Vera; Sauer, Alexander; Friedrich, K. Andreas
    The chemical industry must become carbon neutral by 2050, meaning that process‐, energy‐, and product‐related CO2 emissions from fossil sources are completely suppressed. This goal can only be reached by using renewable energy, secondary raw materials, or CO2 as a carbon source. The latter can be done indirectly through the bioeconomy or directly by utilizing CO2 from air or biogenic sources (integrated biorefinery). Until 2030, CO2 waste from fossil‐based processes can be utilized to curb fossil CO2 emissions and reach the turning point of global fossil CO2 emissions. A technology mix consisting of recycling technologies, white biotechnology, and carbon capture and utilization (CCU) technologies is needed to achieve the goal of carbon neutrality. In this context, CHEMampere contributes to the goal of carbon neutrality with electricity‐based CCU technologies producing green chemicals from CO2, N2, O2, and H2O in a decentralized manner. This is an alternative to the e‐Refinery concept, which needs huge capacities of water electrolysis for a centralized CO2 conversion with green hydrogen, whose demand is expected to rise dramatically due to the decarbonization of the energy sector, which would cause a conflict of use between chemistry and energy. Here, CHEMampere's core reactor technologies, that is, electrolyzers, plasma reactors, and ohmic resistance heating of catalysts, are described, and their technical maturity is evaluated for the CHEMampere platform chemicals NH3, NOx, O3, H2O2, H2, CO, and CxHyOz products such as formic acid or methanol. Downstream processing of these chemicals is also addressed by CHEMampere, but it is not discussed here.
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    Temperature reduction as operando performance recovery procedure for polymer electrolyte membrane fuel cells
    (2024) Zhang, Qian; Schulze, Mathias; Gazdzicki, Pawel; Friedrich, K. Andreas
    To efficiently mitigate the reversible performance degradation of polymer electrolyte membrane fuel cells, it is crucial to thoroughly understand recovery effects. In this work, the effect of operando performance recovery by temperature reduction is evaluated. The results reveal that operando reduction in cell temperature from 80 °C to 45 °C yields a performance recovery of 60-70% in the current density range below 1 A cm-2 in a shorter time (1.5 h versus 10.5 h), as opposed to a known and more complex non-operando recovery procedure. Notably, the absolute recovered voltage is directly proportional to the total amount of liquid water produced during the temperature reduction. Thus, the recovery effect is likely attributed to a reorganization/rearrangement of the ionomer due to water condensation. Reduction in the charge transfer and mass transfer resistance is observed after the temperature reduction by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement. During non-operando temperature reduction (i.e., open circuit voltage (OCV) hold during recovery instead of load cycling) an even higher recovery efficiency of >80% was achieved.
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    Experimentelle und numerische Untersuchung einer inversen Mikrogasturbine
    (Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2020) Agelidou, Eleni; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)
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    Piloted simulation of the rotorcraft wind turbine wake interaction during hover and transit flights
    (2022) Štrbac, Alexander; Greiwe, Daniel Heinrich; Hoffmann, Frauke; Cormier, Marion; Lutz, Thorsten
    Helicopters are used for offshore wind farms for maintenance and support flights. The number of helicopter operations is increasing with the expansion of offshore wind energy, which stresses the point that the current German regulations have not yet been validated through scientific analysis. A collaborative research project between DLR, the Technical University of Munich, the University of Stuttgart and the University of Tübingen has been conducted to examine the sizes of the flight corridors on offshore wind farms and the lateral safety clearance for helicopter hoist operations at offshore wind turbines. This paper details the results of piloted helicopter simulations in a realistic offshore wind farm scenario. The far-wake of rotating wind turbines and the near-wake of non-rotating wind turbines have been simulated with high-fidelity computational fluid dynamics under realistic turbulent inflow conditions. The resulting flow fields have been processed by superposition during piloted simulations in the research flight simulator AVES to examine the flight corridors in transit flights and the lateral safety clearance in hovering flights. The results suggest a sufficient size for the flight corridor and sufficient lateral safety clearance at the offshore wind turbines in the considered scenarios.
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    Uncertainty quantification in the simulation of turbulent spray combustion
    (Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2021) Enderle, Benedict; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)
    Um risikobehaftete Entscheidungen in der simulationsbasierten Entwicklung von Flugzeugkomponenten treffen zu können, müssen Unsicherheiten in den Simulationsergebnissen systematisch mitberücksichtigt werden. Dies betrifft insbesondere Entscheidungen mit weitreichenden Konsequenzen hinsichtlich finanzieller Risiken, Sicherheit im Betrieb sowie letztlich Menschenleben. Eine Anwendung der simulationsbasierten Entwicklung, der eine Vielzahl an Unsicherheiten mit komplexen Simulationsmodellen und einer großen Auswirkung auf die Systemleistung- und Sicherheit kombiniert, ist die Simulation von Verbrennungsprozessen in Triebwerksbrennkammern. Da die Qualität des Brennstoffsprays den Verbrennungsprozess signifikant beeinflusst, sind Unsicherheiten in den Randbedingungen für das Brennstoffspray eine Hauptquelle für Unsicherheiten in solchen Simulationen. Aufgrund des hohen Rechenzeitaufwands für deren Quantifizierung werden diese Unsicherheiten momentan noch nicht mit in die Simulation einbezogen. Auch wenn die Notwendigkeit der Quantifizierung von Unsicherheiten in Verbrennungssimulationen bereits identifiziert wurde, lassen sich nur wenige Anwendungsbeispiele in der Literatur finden. Ziel dieser Arbeit ist daher, aktuelle Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten auf Simulationsprobleme aus dem Bereich der turbulente Sprayverbrennung anzuwenden. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Quantifizierung von Unsicherheiten in den Simulationsergebnissen aufgrund von unvollständigem Wissen bei der Konstruktion der Sprayrandbedingungen. Mögliche Unsicherheiten in den Eingangs- und Ausgangsgrößen werden mittels Wahrscheinlichkeitstheorie charakterisiert. Die Ausbreitung der Unsicherheiten durch die komplexen Simulationsprobleme werden mit einem effizienten, nichtintrusiven Workflow analysiert, welcher auf Surrogatmodellen aufbaut. Durch den Einsatz von Surrogatmodellen wird das komplexe Simulationsmodell in einem eingeschränkten Parameterbereich mittels eines Modells reduzierter Komplexität approximiert. Dieses Verfahren reduziert den Rechenaufwand drastisch, insbesondere bei einer hohen Anzahl an unsicheren Eingangsgrößen. Die Methodik wird auf zwei Testfälle mit unterschiedlicher Komplexität angewandt. Zuerst wird eine Ethanolsprayflamme im Labormaßstab betrachtet, für die umfangreiche experimentelle Daten vorliegen. Der einfache Aufbau des Experiments sowie die Möglichkeit, diese Flamme mit stationären Simulationen bereits gut abbilden zu können ermöglicht eine detaillierte Analyse des Testfalls sowie der verwendeten Methodik. In einer Screening-Studie werden die unsicheren Parameter der Simulation priorisiert, woraus sich eine Reduktion auf die einflussreichsten Parameter ergibt. Anhand des Testfalls werden zwei unterschiedliche Surrogatmodelle verglichen und analysiert. Durch die Berechnung der Wahrscheinlichkeitsgrenzen für die Temperaturprofile können umfangreiche Unsicherheiten in den Simulationsergebnissen im Bereich der Reaktionszone identifiziert werden. Mittels einer anschließenden Sensitivitätsanalyse kann der Hauptteil dieser Unsicherheiten auf Unsicherheiten hinsichtlich des Öffnungswinkels der Spraykegels zurückgeführt werden. Um die Methodik zur Quantifizierung von Unsicherheiten auch in einer technisch relevanten Problemstellung zu bewerten, wird anschließend ein drallstabilisierter Spraybrenner betrachtet, der einige der wesentlichen Eigenschaften moderner Triebwerksbrennkammern aufweist. Um kostspielige Experimente zur Charakterisierung der Sprayrandbedingung zu vermeiden, wird ein algebraisches Primärzerfallsmodell zur Berechnung der Sprayrandbedingung verwendet. Die daraus resultierende Datenlücke wird mittels Wahrscheinlichkeitstheorie als Unsicherheit charakterisiert. Aufgrund ihrer besonderen Bedeutung im Entwurfsprozess von Brennkammern werden die Flammenposition und die Temperaturverteilung als Hauptindikatoren betrachtet. Die systematische Quantifizierung der Unsicherheiten zeigt moderate Unsicherheiten der Simulation hinsichtlich der Flammenposition und Temperaturverteilung. Anhand von Genauigkeitsmetriken wird schließlich die Vorhersagefähigkeit der Simulation unter den gegebenen Unsicherheiten abgeschätzt. Beide Testfälle zeigen erfolgreich das Potential von Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten in der Simulation turbulenter Sprayverbrennung. Aus dem ersten Testfall kann gefolgert werden, dass die Identifizierung und umfassende Charakterisierung möglicher Quellen von Unsicherheiten in den Entwurf von Validierungsexperimenten eingeschlossen werden sollten. Der zweite Testfall zeigt deutlich den Mehrwert der systematischen Quantifizierung von Unsicherheiten auf, wenn nur begrenztes Wissen hinsichtlich der Sprayrandbedingungen vorhanden ist. Da diese Wissenslücke klar in den Simulationsergebnissen wiedergespiegelt wird, können aus dem Vergleich mit den geforderten Leistungsparametern Risiken quantitativ identifiziert werden. Mit dieser zusätzlichen Information kann die simulationsbasierte Entscheidungsfindung im Entwicklungsprozess systematisch unterstützt und schließlich ausgeweitet werden, beispielsweise auf die virtuelle Zertifizierung von Flugzeugkomponenten.
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    Implementierung eines Verfahrens höherer Ordnung zur numerischen Simulation reaktiver Strömungen auf unstrukturierten Rechengittern
    (Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2024) Setzwein, Florian; Gerlinger, Peter (apl. Prof. Dr.-Ing.)
    Diskretisierungsverfahren hoher Ordnung, die sich auf unstrukturierten Rechengittern einsetzen lassen, bieten ein großes Potential zur Reduzierung der Rechenzeiten von detaillierten Grobstruktursimulationen. Gleichzeitig lässt sich gegenüber strukturierten Diskretisierungsansätzen eine hohe geometrische Flexibilität für die Generierung der Rechengitter realisieren. Viele Verfahren, die eine höhere Rekonstruktionsordnung auf unstrukturierten Gittern ermöglichen, beruhen auf der Einführung von zusätzlichen Freiheitsgraden innerhalb der Berechnungselemente. Ihre Implementierung in etablierte Finite-Volumen Strömungslöser ist jedoch aufgrund großer Unterschiede in den Datenstrukturen mit einem hohen Aufwand verbunden. Doch auch unstrukturierte Finite-Volumen Verfahren, welche eine höhere räumliche Fehlerordnung durch eine nicht-kompakte Rekonstruktion ermöglichen, verlangen einen hohen Implementierungsaufwand, um eine parallele Skalierbarkeit zu realisieren. Ein vielversprechender Ansatz zur Erhöhung der räumlichen Genauigkeit von etablierten unstrukturierten Finite-Volumen-Lösern stellt das k-exakte Multi-Korrekturverfahren dar. Der Schlüssel der Methode ist eine sukzessive Korrektur von approximativen Green-Gauss-Ableitungen, die eine Rekonstruktion hoher Ordnung mit guten Parallelisierungseigenschaften und einem moderatem Implementierungsaufwand ermöglicht. In dieser Arbeit wird der k-exakte Multi-Korrekturansatz, welcher ursprünglich für kompressible Strömungsprobleme und für zellzentrierte Rechengitter entwickelt wurde, für die Anwendung auf einer knotenzentrierten Gitterrepräsentation erweitert und für die Exaktheiten k = 1 und k = 2 in den DLR Strömungslöser ThetaCOM implementiert. Des Weiteren wird die Methode mit einem Druckkorrektur-Verfahren für die zeitgenaue Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen reaktiver Fluide bei niedrigen Mach-Zahlen kombiniert. Hierfür werden entsprechende Korrekturterme hergeleitet. Des Weiteren wird die in ThetaCOM implementierte Approximation der konvektiven und diffusiven Flüsse mit dem k-exakten Rekonstruktionsansatz vereint. Für die Berechnung der konvektiven Flüsse wird außerdem ein Ansatz vorgestellt, mit dem sich die Bestimmung der numerischen Dissipation zur Stabilisierung des Verfahrens auf ein Minimum reduzieren lässt. Dieser beruht auf der Herleitung einer Stabilitätsgleichung, welche aus einer Von-Neumann-Stabilitätsanalyse für eine lineare Advektions-Diffusion-Gleichung hervorgeht und deren Lösung zur Beschleunigung des Verfahrens indirekt in einem Verbund aus kompakten neuronalen Netzwerk-Modellen tabelliert wird. Dieser Ansatz wird mit einem Verfahren zur Gradientenlimitierung gekoppelt, um mit dem Diskretisierungsverfahren eine akkurate Auflösung von steilen Lösungsgradienten zu ermöglichen, welche in Verbrennungssimulationen in unmittelbarer Nähe zur Flammenfront auftreten. Für das implementierte Multi-Korrekturverfahren wird die räumliche Genauigkeit der verschiedenen numerischen Operatoren durch zahlreiche kanonische Testfälle verifiziert. Es wird gezeigt, dass sich die räumlichen Gradienten der Feldgrößen infolge der k-exakten Korrekturen mit einer wesentlich höheren Genauigkeit approximieren lassen. Des Weiteren lässt sich der diffusive Transport durch beide Schemata mit einer zweiten räumlichen Fehlerordnung und der konvektive Transport für k = 1 und k = 2 mit jeweils einer zweiten beziehungsweise dritten Fehlerordnung approximieren. Durch die Simulation zahlreicher laminarer und turbulenter Strömungsprobleme werden die beiden k-exakten Diskretisierungsverfahren mit experimentellen und numerischen Referenzdaten aus der Literatur validiert. Dabei wird der Einfluss der höheren Ordnung auf die räumliche Genauigkeit im Vergleich zu einem konventionellen Diskretisierungsverfahren beleuchtet. Hierbei wird insbesondere das Potential der beiden k-exakten Verfahren hinsichtlich der Einsparung von Rechenzeit und Freiheitsgraden dargestellt, sowie deren Fähigkeit zur Erhaltung der parallelen Skalierungseigenschaften von ThetaCOM. Ein weiterer Fokus liegt auf dem neuen Ansatz zur adaptiven Bestimmung der numerischen Dissipation und dessen Kopplung mit der implementierten Methode zur Gradientenlimitierung. Im Vergleich zur Rekonstruktion hoher Ordnung mit einer konstanten numerischen Dissipation liefert die vorgestellte adaptive Methode konsistente und genaue Ergebnisse, unabhängig vom Strömungsproblem und ohne eine Feinjustierung von empirischen Parametern. Abschließend wird für den Testfall einer turbulenten Wasserstoff-Luft-Diffusionsflamme demonstriert, dass sich beide Verfahren zur Simulation von turbulenten, reaktiven Strömungen auf vollständig unstrukturierten Rechengittern einsetzen lassen und eine deutliche Verbesserung des Simulationsergebnisses im Vergleich zu einem konventionellen Diskretisierungsansatzes bewirken.
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    ItemOpen Access
    Entwicklung eines Brennkammersystems mit Abgasrückführung für den Einsatz in Mikrogasturbinen
    (Stuttgart : Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik, 2020) Hasemann-Seeger, Stefan; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)