Zur Vorhersage von Strömungsverhalten in Natur- und Ingenieurswissenschaften werden immer häufiger numerische Simulationen eingesetzt. Computational Fluid Dynamics (CFD) sind in der Forschung ein zentrales Werkzeug zur Bestimmung komplexer Strömungsprobleme von Fluiden. Sie ermöglichen kostengünstigere Vorhersagen von Produktverhalten, können den experimentellen Aufwand für neue Forschungsergebnisse mindern und so auch zu einer energetischen Optimierung von Produkten beitragen.
Experimentelle Untersuchungen sind nicht immer möglich, wenn zum Beispiel heiße oder chemisch aggressive Fluide zum Einsatz kommen oder aber Strömungssensoren die Ergebnisse entscheidend verfälschen würden. Numerische Verfahren ermöglichen hier schnellere und zuverlässigere Variantenstudien.
In vielen Industriezweigen (Fahrzeugtechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Energietechnik) ist die CFD heute Basis moderner Entwicklungsprozesse. Auch der Einsatz von Open Source-Berechnungssoftware wie OpenFOAM hat in den letzten Jahren in der Forschung und Industrie an Bedeutung zugenommen. Für verlässliche Ergebnisse sind fundierte Kenntnisse der numerischen und physikalischen Methoden erforderlich.
In vielen Bereichen wird CFD zur Forschungsunterstützung eingesetzt.
Durch den steigenden Bedarf an Energie und den damit einhergehenden Bedarf an Effizienzsteigerung sind neue oder verbesserte Methoden notwendig, thermische Energie zu effizient speichern. Stand 2019 (Quelle) fallen 50% des weltweiten Energiebedarfs für den Wärme- und Kältebedarf in Industrie und dem Gebäudesektor an, dabei ist der selbe Sektor für 40% der weltweiten Treibhausgas-Emissionen verantwortlich. In beiden Fällen besteht ein Einsparungs- und Optimierungspotential durch effizientere thermische Speicher.
Ziel der aktuellen Forschung ist es einen hybriden thermischen Speicher zu entwickeln, der durch Nutzung von latenter und sensibler Wärme mehr Speicherkapazität pro Volumen aufweist und durch thermische Schichtung die exergetischen Verluste im Speicher minimiert. Dazu wird
In vielen Industriezweigen spielen Wärmeübertrager eine essentielle Rolle. Bei einer effizienteren Gestaltung von Wärmeübertragern liegt ein hohes Potential für energetische Einsparungen und eine Verringerung des CO2 Ausstoßes im Betrieb.
Ziel der Forschung ist es den turbulenten Wärmetransport zu erhöhen und eine Maximierung der wärmeübertragenden Fläche zu erreichen. Diese Ziele werden in der aktuellen Forschung verfolgt durch
In Wärmeübertragern fällt im Laufe von mehreren Betriebsstunden eine Ablagerung von Partikeln (Fouling) an. Bisherige Untersuchungen von Feststoffablagerungen auf Wärmeübertragern waren meist experimentell und numerische Untersuchungen waren kaum vorhanden, da
Ziel der Forschung ist es unterschiedlich strukturierte Rohre mit Hinblick auf die Partikelablagerungen mit einer numerische Methode zu bewerten. Diese Ziele werden in der aktuelle Forschung verfolgt durch:
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Renze
Projektlaufzeit: 01.08.2018 - 30.04.2022
Mittelgeber: Bund – BMBF
Projektbeschreibung:
Wärmeübertragung spielt eine wesentliche Rolle in jedem thermischen Energieprozess. Eine Verbesserung des Wärmeübergangs in Apparaten kann deren Wirtschaftlichkeit erhöhen und den Ressourcenverbrauch senken. Jedoch setzt die Produktentwicklung in dieser Branche traditionell auf Erfahrungswissen und Experimente, was lange Entwicklungszyklen zur Folge hat und eine Opti-mierung erschwert. In diesem Projekt sollen mithilfe moderner Simulationsverfahren durch gleich-zeitige Betrachtung von Fertigungsprozess und Produkteigenschaften neuartige Methoden zur Intensivierung des Wärmeübergangs entwickelt werden. Die Hochschulexpertisen aus den Gebieten simulativer Produktionstechnik und Energietechnik werden hierfür kombiniert. Um anwendungsnahe Forschung zu garantieren, wird ein Partner aus Ulm als industrieller Projektpartner mit eingebunden. Dieser stellt dabei das Anwendungsbeispiel, Fertigungs- und Versuchskapazitäten sowie Barmittel.
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Mathias Niebergall, Prof. Dr.-Ing. Peter Renze
Projektlaufzeit: 01.10.2018 - 31.01.2021
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: ZIM
Projektbeschreibung:
Die hydraulische Antriebstechnik ist seit Jahrzehnten geprägt durch zunehmende Leistungs- und Druckanforderungen bei reduziertem Bauraum. Um zukünftigen Anforderungen zu begegnen, wird im Rahmen des vorliegenden Projektantrags ein Steuerungsmodul mit einem kompakten, hochintegrierten Ventiltechnikaufbau erarbeitet, welcher eine sichere hydraulische Leistungssteuerung eines Antriebs oberhalb 500 bar möglich macht. Das Steuerungsmodul soll aus einem modular ausgeführten hydromechanischen Aufbau mit angepasster Aktortechnik, Vor- und Hauptsteuerung mit getrennten Steuerkanten, sowie einer zugeschnittenen On-Board-Elektronik (OBE) bestehen. Das Projektziel ist ein marktgerechtes Steuerungsmodul, welches höchsten Leistungsanforderungen gerecht wird und eine sichere und effiziente funktionale Vernetzung mehrerer hydraulischer Verbraucher mittels intelligenter Steuerung / Regelung bietet. Damit wird die steuerungstechnische Grundlage für einen energieeffizienten Betrieb hydraulischer Leistungsantriebe geschaffen, der bis zu hydraulischer Regeneration oder Rekuperation reicht. Das Projekt wird durch CFD Berechnungen unterstützt.
Akermann, Kevin; Renze, Peter:
Numerical study of turbulent heat transfer and particle deposition in enhanced pipes with helical roughness,
in: International Journal of Multiphase Flow, vol. 176, ScienceDirect, 2024, Seiten 104827 (13 Seiten).
DOI: doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2024.104827
ISSN: 0301-9322
Jäger, Sarah; Pabst, Valerie; Renze, Peter:
Multizone Modeling for Hybrid Thermal Energy Storage,
in: Energies, 17(12), 2854, MDPI, 2024, Seiten 21.
DOI: doi.org/10.3390/en17122854
ISSN: 1996-1073
Kügele, Simon; Mathlouthi, Gino Omar; Renze, Peter; Dietl, Jochen; Grützner,Thomas:
Turbulent heat transfer in pipes with increased roughness through shavings of helical ribs,
in: International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 210, Elsevier, Elsevier, 2023, 124159.
DOI: doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124159
ISSN: 1879-2189 (online), 0017-9310 (print)
Mathlouthi, Gino; Kügele, Simon; Elsayed, Fatmaalzahraa; Voß, Ralf; Renze, Peter; Kaufeld, Michael; Grützner, Thomas:
Wettability Prediction for 3D-Printed Surfaces Using Reverse Engineering and Computational Fluid Dynamics Simulations,
in: Industrial & Engineering Chemistry Research, Volume 62, Issue 3, American Chemical Society for applied Chemistry and Chemical Engineering, ACS Publications, 2023, Seiten 1627–1635.
DOI: 10.1021/acs.iecr.2c03805
ISSN: 1520-5045
Akermann, Kevin; Renze, Peter; Schröder, Wolfgang:
Large-eddy simulation for solid particle transport and deposition in a helically rib-roughened pipe using an Euler-Lagrange approach,
in: Chemical Engineering Science, Volume 253, Elsevier, 2022, Seiten 117557.
DOI: doi.org/10.1016/j.ces.2022.117557
ISSN: 0009-2509
Kügele, Simon; Mathlouthi, Gino Omar; Renze, Peter; Grützner, Thomas:
Numerical Simulation of Flow and Heat Transfer of a Discontinuous Single Started Helically Ribbed Pipe,
in: Energies, Volume 15(19), MDPI, 2022, Seiten 17 (Art. Nr: 7096).
DOI: doi.org/10.3390/en15197096
ISSN 1996-1073
Kügele, Simon; Renze, Peter; Dietl, Jochen; Grützner, Thomas:
Investigation of heat transfer and pressure drop for a multiple-started ribbed pipe using large-eddy simulation,
in: AIChE Journal, Volume 68(11), American Institute of Chemical Engineers, 2022, Seiten 1-12, e17808.
DOI: doi.org/10.1002/aic.17808
ISSN: 0001-1541
Pabst, Valerie; Güttel, Robert; Renze, Peter:
Experimental and Numerical Investigation of the Melting of a Spherical Encapsulated Phase Change Material With Variable Material Data,
in: Atlantis Highlights in Engineering, volume 6, 14th International Renewable Energy Storage Conference 2020 (IRES 2020), Zheng Zheng, Zhiyu Xi, Atlantis Press, 2021, Seiten 8.
DOI: 10.2991/ahe.k.210202.032
ISSN: 2589-4943 / ISBN:978-94-6239-327-1
Akermann, K.; Renze, P.; Dietl, J.; Schröder, W.:
Large-Eddy Simulation of turbulent heat transfer in a multiple-started helically rib-roughened pipe,
in: International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 154, 2020, Elsevier (Hrsg.), Elsevier, 2020, Seiten 13.
DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119667
ISSN: 1879-2189
Renze, Peter; Akermann, Kevin:
Simulation of Conjugate Heat Transfer in Thermal Processes with Open Source CFD, in: ChemEngineering, 3 (2), 2019, MDPI, 2019, Seiten 19.
DOI: 10.3390/chemengineering3020059, ISSN: 2305-7084
Renze, P.; Simulation von Strömung und Wärmeübergang in der Energietechnik mit OpenFOAM; ASIM/GI Fachgruppentreffen, 9-10. März 2017; Ulm.
Hecht, K., Krause, U., Hofinger, J., Bey, O., Nilles, M., Renze, P. ; Numerische Untersuchung des Einflusses von Schwarm- und Koaleszenzeffekten auf Blasenströmungen durch CFD und Populationsbilanz-Modelle, ProcessNet Fachgruppentreffen Mehrphasenströmungen 2017, Dresden.
Prediction of Gas Density Effects on Bubbly Flow Hydrodynamics: New Insights through an Approach combining Population Balance Models and Computational Fluid Dynamics, K.J. Hecht, U. Krause, J. Hofinger, O. Bey, M. Nilles, P. Renze, to be submitted to AICHE Journal
Renze P, Buffo A, Marchisio DL, Vanni M. Simulation of Coalescence, Breakup, and Mass Transfer in Polydisperse Multiphase Flows. Chem. Ing. Tech. 2014;86(7):1088-1098.
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