Mit modernster Lasermesstechnik und Computersimulation zur optimierten Verbrennung

Energieforschung und -technik: Prof. Dieter Brüggemann leitet neuen Bay. Forschungsverbund „Turbulente Verbrennung“ um auf dem technisch wichtigen Gebiet der Verbrennungsforschung grundlegenden Fortschritte zu erzielen

Um auf dem technisch wichtigen Gebiet der Verbrennungsforschung grundlegenden Fortschritte zu erzielen, haben sich Ingenieurwissenschaftler der Universitäten in Bayreuth, Erlangen und München zu einem neuen Bayerischen Forschungsverbund „Turbulente Verbrennung“ (FORTVER) zusammengeschlossen. Der von ihrem Sprecher, Professor Dr.-Ing. Dieter Brüggemann (Universität Bayreuth), vorgelegte gemeinsame Forschungsantrag wurde von einer international besetzten Expertenkommission begutachtet und sehr positiv bewertet.

Das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst unterstützt das Vorhaben und stellt nun dem Verbund aus sieben Teilprojekten rund 1,9 Mio. Euro zur Verfügung, davon 565.000 Euro für den von Professor Brüggemann geleiteten Bayreuther Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT). Am LTTT werden in zwei Teilprojekten die Lasermesstechnik und die numerische Simulation weiterentwickelt und eingesetzt, um die Gemischbildung bei flüssigen Brennstoffen gezielt zu verbessern. Dies ist beispielsweise für moderne Diesel- und Benzinmotoren mit Direkteinspritzung von großem Interesse.

Die experimentellen und numerischen Forschungsarbeiten sollen sich zunächst über drei Jahre erstrecken und sind bewusst grundlagenorientiert ausgelegt. Der Forschungsverbund geht jedoch davon aus, dass sich bereits im kommenden Jahr Industriepartner an weiteren Teilprojekten beteiligen möchten, um die erzielten Fortschritte für ihre jeweiligen, recht unterschiedlichen verbrennungstechnischen Anwendungen zu nutzen.

Hintergrund der Forschung Energieversorgung, deren größter Teil auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdgas, Erdöl und Kohle beruht. Ein wichtiges Ziel ist dabei, die kostbaren Energieträger möglichst effizient zu nutzen und zugleich den Ausstoß von Schadstoffen und klimabeeinflussenden Gasen gering zu halten. Besonders bei Anwendungen wie Kraftfahrzeugmotoren, Gasturbinen, Heizungsbrenner und Feuerungen hat man in dieser Hinsicht bereits ein hohes technisches Niveau erreicht.

Um weitere technische Fortschritte zu erzielen, ist es erforderlich, die Verbrennungsabläufe noch besser als bisher zu verstehen, zu messen und rechnerisch vorherzusagen. Die Lösung dieser Aufgaben ist besonders schwierig, weil in technischen Anwendungen die Verbrennung meist in turbulenten, nahezu regellos erscheinenden Strömungen stattfindet.

Dennoch bestehen gute Aussichten, in den nächsten Jahren erhebliche Fortschritte zu erzielen. Hierbei sind vor allem zwei moderne Hilfsmittel vielversprechend: Zum einen erlauben optische, meist lasergestützte Messtechniken einen unmittelbaren Einblick in die Verbrennungsabläufe; zum anderen ermöglichen verbesserte Modelle in Verbindung mit Höchstleistungsrechenanlagen eine detaillierte Computersimulation.

Die derzeit zur Verfügung stehenden Methoden sind bereits hilfreich, genügen vielfach jedoch noch nicht, um die Verbrennung gezielt zu optimieren. So müssen auf der experimentellen Seite die heutigen Messverfahren verbessert, erweitert und miteinander kombiniert werden, um noch aussagekräftigere Daten zu erhalten. Auf dem Gebiet der Computersimulation müssen die tatsächlichen Strömungs- und Verbrennungsabläufe zwar weiterhin modellhaft, jedoch detaillierter als bisher beschrieben werden. Hierzu gelten Ansätze zur Turbulenzmodellierung wie die sogenannte Large Eddy Simulation (LES) als besonders aussichtsreich.

Der von Professor Brüggemann initiierte und koordinierte Verbund FORTVER ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft der Bayerischen Forschungsverbünde (abayfor). Durch diese werden die Aktivitäten der bayerischen Hochschulen besonders effektiv gebündelt und vernetzt, um so den Forschungsstandort Bayern weiter zu stärken und sichtbar zu machen.