Numerische und experimentelle Optimierung der Wärmeübergänge im Regenerator eines Stirlingmotors

• Antragsteller: Dr.-Ing. Michael Gschwendtner
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5249038

Der Regenerator stellt im Stirling-Prozess eine Schlüsselfunktion dar, da nur mit ihm der theoretische Wirkungsgrad nach Carnot erreicht werden könnte. In diesem Bauteil wird das Arbeitsgas während der jeweiligen isochoren Zustandsänderung vorgewärmt bzw. -gekühlt, bevor es isotherm komprimiert bzw. expandiert wird.Im Rahmen eines Postdoktoranden-Projektes soll nun der Wärmeübergang in Regeneratoren von Stirlingmotoren mittels numerischer Simulation sowie experimenteller Untersuchungen optimiert werden. Dazu stehen neben einer Versuchsapparatur in Form einer Stirling-Kältemaschine/Wärmepumpe diverse CFD-Programme zur numerischen Simulation der ablaufenden Vorgänge zur Verfügung.Eine wichtige Bedeutung kommt dabei den für den Wärmeübergang relevanten Stoffeigenschaften der Regeneratormaterialien zu. Verschiedene Geometrien und Materialkombinationen der Regenerator-Matrix sollen getestet werden, wobei gleichzeitig durchgeführte Messungen der jeweiligen Prozessgrößen wie Drücke und Temperaturen Aufschluss über den realen Prozeßverlauf geben sollen.Ziel der Untersuchungen ist zum einen die Bestimmung einer optimalen Material- und Geometriekonfiguration im Regenerator sowie daraus resultierender Maßnahmen zur Leistungssteigerung des Stirlingmotors. Zum anderen soll der Vergleich experimenteller Messdaten mit numerischen Ergebnissen zu einer Verbesserung der verwendeten Modelle sowie zu einem tieferen Verständnis der ablaufenden Wärmeübertragungsvorgänge beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Neuseeland