Wärmeübertrager sind zentrale Komponenten zur Steigerung der Energieeffizienz und ermöglichen es, dass verbleibende Wärme z.B. direkt, in Hochtemperatur-Wärmepumpen und in Wellenleistungstriebwerken nutzbar gemacht werden kann. Darüber hinaus sind leichte und effiziente Wärmeübertrager essentiell für das Wärmemanagement von Brennstoffzellen in der elektrifizierten Luftfahrt. Neben der Steigerung der Energieeffizienz ermögliche optimierte Wärmeübertragern somit überhaupt erst den Einsatz von neuartigen Technologien und tragen wesentlich zur Reduktion von CO2-Emissionen bei.
Im Rahmen dieses Projektes sollen daher validierte Auslegungstools für die relevanten Wärmeübertragertypen implementiert werden, welche dann für die verschiedenen Optimierungsaufgaben verwendet werden können. Dabei ist bei der Auswahl einer Berechnungsmethodik immer ein Kompromiss zwischen Berechnungszeit und Genauigkeit zu schließen. Für die Auslegung des Gesamtsystems bestehend aus mehreren Komponenten werden schnelle Vorauslegungstools entwickelt, welche die grundlegenden Eigenschaften von Wärmeübertragern abbilden können und eine Optimierung der Systemstruktur ermöglichen. Zusätzlich werden auch high-fidelity Analysen implementiert, welche Strömungsvorgänge im Detail bewerten können, um die Ergebnisse der Vorauslegung zu präzisieren. Für einen möglichst konsistenten Übergang zwischen diesen Entwurfsphasen werden Ergebnisse der high-fidelity Analysen in die Vorauslegungstools integriert sowie multi-fidelity Optimierungsprozesse implementiert. Abschließend werden die entwickelten Berechnungsmethoden anhand von bestehenden Wärmeübertragern validiert, um deren Genauigkeit zu bestimmen und den Gültigkeitsbereich abschätzen zu können.
Optimierung von Wärmeübertrager für Hochtemperatur-Wärmepumpen
Durch die Integration von detaillierten CFD-Simulation in die Vorentwurfs-Methoden mittels Maschinellen Lernens und deren experimentelle Validierung anhand unserer Hochtemperatur-Wärmepumpen Pilotanlangen erzeugen wir effiziente Verfahren zur Optimierung von Wärmeübertragern, speziell für unsere Anforderungen.
