Numerische Analyse verschiedener Wärmeleitstrukturen für Latentwärmespeicher

Das Institut für Technische Thermodynamik des DLR forscht mit über 150 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf dem Gebiet effizienter und ressourcenschonender Energiespeicher und Energiewandlungstechnologien der nächsten Generation. Das Fachgebiet Thermische Energiespeicher in der Abteilung Thermische Prozesstechnik am Standort Stuttgart forscht an Technologien zur Speicherung thermischer Energie und entwickelt Speichersysteme für solarthermische Kraftwerke und Industrieprozesse. Mit diesen Speichern lassen sich die Verfügbarkeit und der Bedarf thermischer Energie entkoppeln. Eine Möglichkeit zur Speicherung thermischer Energie sind Latentwärmespeicher (auch Phasenwechselspeicher), bei denen ein festes Speichermedium (z.B. Nitratsalz) beim Beladen schmilzt. Dabei wird Energie vor allem in Form der Schmelzenthalpie gespeichert. Die Wärme wird mit Hilfe von Wärmeleitstrukturen von einem Wärmeträger auf das Speichermedium übertragen. Bei Bedarf kann mit der gespeicherten Energie wieder Dampf erzeugt und z.B. eine Dampfturbine betrieben werden.

Durch die Formgebung der Wärmeleitstruktur kann die Leistungsfähigkeit des Speichersystems auf die Anforderungen des zu Grunde liegenden Prozesses angepasst werden. Ein hoher Rippenanteil im Speicher verbessert die Wärmeübertragung zwischen Wärmeträger und Speicher, verringert jedoch auch die Speicherkapazität. In vielen Forschungsarbeiten wurden bereits einfache Strukturen untersucht; eine Optimierung speziell auf Latentwärmespeicher steht jedoch noch aus. Aktuelle Forschungsarbeiten konzentrieren sich daher auf die Untersuchung verschiedener Strukturen, um ein optimiertes Design zu erarbeiten. Dabei kommen zunächst numerische Methoden zum Einsatz: In einem 2D-Schnitt wird die Wärmeleitung mehrerer Wärmeleitstrukturen simuliert und der Leistungsverlauf aufgezeichnet. Diese Ergebnisse liefern die Grundlage für weitere Designoptimierungen und dienen als Datenbasis zur Auslegung von Wärmeübertragern für Latentwärmespeicher.

Im Rahmen dieser Masterarbeite oder Bachelorarbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Einarbeitung in die Funktionsweise von Latentwärmespeichern und Wärmeübertragung mit Phasenwechsel
• Recherche, Bewertung und Design möglicher Rippenstrukturen
• Geometrie-, Gittererstellung, Konfiguration und Simulation verschiedener Rippenstrukturen
• Charakterisierung der Ergebnisse an Hand geeigneter Kriterien und Zusammenstellung in einer Datenbank

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

DLR-Institut für Technische Thermodynamik

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Luft und Raumfahrt

Schlagwörter

CAD Wärmeübertragung Phasenwechsel Latentwärmespeicher solarthermische Kraftwerke Speichersysteme Energietechnik Maschinenbau

Anforderungen

• Studium einer Ingenieurswissenschaft (Maschinenbau, Energietechnik oder ähnliches)
• Freude an angewandter numerischer Simulation, selbständige und motivierte Arbeitsweise
• grundlegende Kenntnisse in Thermodynamik, Wärmeübertragung und numerischer Simulation
• erste Erfahrungen im Umgang mit CAD-Programmen (z.B. Autodesk Inventor), Pre-Processing- (z.B. ANSYS DesignModeler, Mesh, ICEM) und Simulationstools (z.B. ANSYS Fluent)
• gute Englischkenntnis für die Recherche wissenschaftlicher Literatur

Zusatzinformationen

Studien-/ Abschlussarbeit

DLR-Standort Stuttgart

Fachliche/r Ansprechpartnerin

Julian Vogel

Institut für Technische Thermodynamik
Tel.: +49 711 6862-469