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Projekt
Numerische Untersuchung und theoretische Beschreibung der Flammenausbreitung von ungesättigten Fluorkohlenwasserstoff-Kältemitteln
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Heinz Pitsch
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497007546
Für den optimalen Einsatz von Kältemitteln der nächsten Generation und die Entwicklung künftiger umweltfreundlicher Alternativen ist ein grundlegendes Verständnis ihrer Verbrennungseigenschaften zwingend erforderlich. Einer der wichtigsten Parameter zur Klassifizierung der Brandsicherheit von Kältemitteln ist die laminare Brenngeschwindigkeit (LBG), die eine zentrale Rolle bei der Sicherheitsbewertung brennbarer Stoffe spielt. Bei langsamen Flammen, wie sie beispielsweise bei Kältemitteln basierend auf Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) auftreten, die sich mit Flammengeschwindigkeiten von weniger als 10 cm/s ausbreiten, ist es aufgrund der Einflüsse von Auftrieb und Strahlung sehr schwierig, die LBG genau zu bestimmen. Die Eliminierung des erstgenannten Effekts kann nur unter schwer realisierbaren Mikrogravitationsbedingungen erfolgen. Daher besteht für die Sicherheitsbewertung von FKW ein großer Bedarf an robusten experimentellen und analytischen Methoden, die genaue LBG unter normalen Schwerkraftbedingungen liefern. Numerische Simulationen können die Entwicklung, Verifizierung und Quantifizierung von Unsicherheiten solcher Methoden erheblich unterstützen.In diesem Projekt sollen genaue und robuste Methoden zur Modellierung und Vorhersage der Verbrennungseigenschaften und sicherheitsrelevanten Parameter bestehender und zukünftiger FKW entwickelt werden. Die Analyse basiert auf detaillierten, numerischen, hochauflösenden Simulationen von FKW-Flammen unter Berücksichtigung von Auftriebs- und Strahlungseffekten. Ein Ziel des Projekts ist die Untersuchung von LBG gemeinsam mit dem experimentellen Teilprojekt 2. Simulationen und detaillierte Analysen werden dazu beitragen, Unsicherheiten bei der Ermittlung von Flammengeschwindigkeiten aus Messungen zu reduzieren und zu quantifizieren. Außerdem werden reduzierte kinetische Mechanismen entwickelt, die numerische Simulationen und asymptotische Analysen unterstützen. Das zweite Ziel ist die Entwicklung von Modellen, die die Auswirkungen der Marksteinzahlen auf die LBG beschreiben. Ein Schwerpunkt liegt hier auf der Untersuchung der Beeinflussung von Transportphänomenen durch differentielle Diffusion. Um die Auswirkungen der Marksteinzahlen auf die Thermochemie und Transportmechanismen zu erklären, wird der bestehende Adjungierten-basierte Ansatz auf Sensitivitäten zweiter Ordnung ausgeweitet. Das dritte Ziel ist die Entwicklung von Modellen reduzierter Ordnung auf Grundlage des maschinellen Lernens (ML) in Kombination mit Strukturgruppenanalyse zur Vorhersage von LBG und Marksteinzahlen. Die Trainingsdaten werden aus experimentellen Daten aus Teilprojekt 2 bestehen, die mit Daten aus den Simulationen ergänzt werden. Die Trainingsdaten werden während des Projekts auf der Grundlage eines Design-of-Experiment-Ansatzes kontinuierlich verfeinert. Das ML-Modell wird insbesondere für die modellbasierte Entwicklung und Sicherheitsbewertung von FKW eine wichtige Rolle spielen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
