Forschung und Entwicklung

Bei der Bearbeitung der genannten Themen nutzt das Labor modernste Entwicklungswerkzeuge:

Zur Strömungssimulation werden sowohl etablierte kommerzielle Solver wie z.B. ANSYS Fluent als auch Open-Souce-Lösungen wie OpenFOAM und das partikelbasierte Simulationsverfahren "Smoothed Particle Hydrodynamics" (SPH) eingesetzt.

Der experimentelle Abgleich im Labor erfolgt an projektspezifisch aufgebauten Prüfständen, einem Unterschall-Windkanal für Geschwindigkeiten bis zu 50 m/s sowie mehreren Ventilatorenprüfständen (Volumenströme von 11 m³/h bis zu 8000 m³/h). Klimatisierungseinrichtungen, modernste Druck- und Temperaturmesstechnik und insbesondere berührungslose optische Strömungsmesstechnik (Laser-Lichtschnitt, High Speed PIV, PTV, LaserDopplerAnemometer) erweitern das Portfolio. Neben der quantitativen Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten können Turbulenzgrößen auch in instationären Strömungen analysiert werden. Die in der Regel transportable Messtechnik ermöglicht die externe Durchführung von Vor-Ortmessungen bei universitären sowie industriellen Partnern.

Die Forschungsarbeit fließt in alle Entwicklungsphasen (Konzeption von Neuanlagen, Optimierung technischer Strömungsvorgänge, Retrofit bestehender Systeme) ein und wird bedarfsgerecht an die individuellen Anforderungen angepasst. Beispiele für Arbeitsziele sind

• die druckverlust- und damit energieoptimale Durchströmung technischer Systeme,
• die optimale Gestaltung von Trocknungs-, Kondensations- bzw. Be- und Enttauungsprozessen,
• die effiziente Komponentenaufheizung und -kühlung,
• die Vergleichmäßigung bzw. Gleichverteilung strömender Medien zu Trocknungs-, Aufheiz- und Kühlzwecken,
• die maßgeschneiderte und energieoptimale Erzeugung von Turbulenzen zur Optimierung von Wärme- und Stoffübergängen,
• die Lösung anspruchsvollster Feinklimatisierungsaufgaben,
• die deutliche Steigerung der Effizienz von Abscheidesystemen und Windsichtern,
• die Auslegung von Rührsystemen in Biogasanlagen und anderen nicht-newtonschen Fluiden,
• die energetisch optimale Abreinigung von Filtersystemen sowie
• die Entwicklung hochgenauer, für die spezifische Messaufgabe maßgeschneiderter thermischer, optischer und akustischer Sensoren.

• Ein Unterschall-Windkanal, Austrittsdurchmesser: 0,55 m; -geschwindigkeit: 50 m/s
• Ventilatorenprüfstände
• Transparenter Zickzacksichter für optische Messungen
• Transparente Modellfermenter in verschiedenen Maßstaben, D= 1,5 m; D=0,5 m; D=0,18 m
• Versuchsanlage für axiale Strömungsmaschinen
• Wasserkanal zur vertikalen Visualisierung von Strömungsfeldern

• High-Speed- und Doppelpuls Particle-Image-Velocimetry
• Particle Tracking Velocimetry
• Laser-Doppler- und Constant-Temperature-Anemometry
• Planar Laser Induced Fluorescence
• Hochgeschwindigkeitskamera
• Verschiedene Staudruck- und Flügelrad Anemometer
• Normblenden und -düsen zur Volumenstrombestimmung

Im Vorhaben RegBioFerm wird ein innovatives Verfahren zur Bioabfallvergärung ("Gärtrommel"-Verfahren) hin zu einer großtechnischen multi-input Demonstrationsanlage skaliert und eine hocheffiziente energetische und stoffliche Kaskadennutzung von biogenen Abfällen in einem Innovationscluster umgesetzt. Zur Unterstützung der Entwicklung wird ein Computational Fluid Dynamics (CFD) Modell ausgearbeitet. Dieses kann dann für die Auslegung und Optimierung von Komponenten wie z. B. der Rührer und der Zu- und Entnahmestellen genutzt werden. Auch die Betrachtung von verschiedenen Einflussparametern ist damit möglich. Gleichzeitig liefert die CFD-Simulation Einblicke in das Innere des Fermentes, die rein messtechnisch nicht möglich sind.

Die Entwicklung des Simulationsmodells wird durch Laborversuche von unseren Projektpartnern unterstützt. Um die Übertragbarkeit der Modellversuche auf die Originalanlage sicherzustellen, wird eine Maßstabsübertragung an Hand der relevanten Kennzahlen entwickelt und validiert.

Das Projekt läuft vom 01.04.2023 bis zum 31.03.2026 in Kooperation mit der Technischen Hochschule Mittelhessen, Kompostierungsanlage Brunnenhof GmbH, Ingenieurbüro Dr. Geipert und Finsterwalder Umwelttechnik GmbH & Co. KG. Es wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter der Förderlinie Industrielle Bioökonomie gefördert.