Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierte wärmetechnische Auslegung leistungsstarker elektrischer Widerstandsbeheizungen für kon-vektionsdominierte Thermoprozessanlagen - OptiELHeat

Bis 2045 soll in Deutschland der Ausstoß von CO2 aus fossilen Quellen um ca. 90% gegenüber 1990 reduziert werden. Zur Erreichung des Ziels müssen fossil beheizte Thermoprozessanlagen auf Beheizung aus erneuerbaren, u.a. elektrische Quellen umgestellt werden. Aktuelle Systeme erlauben aber keine ausreichend hohen Temperaturen. Die dafür aktuell vorliegenden Auslegungsgleichungen bilden die Situation nicht korrekt ab, da ein komplexes Multiskalensystem vorliegt. Forschungsziel sind die Auslegungsgrundlagen für längs- und querangeströmte elektrische Hochtemperatur-Heizregister. Die Kenntnisse über den Wärmeübergang bei hohen Temperaturen und kleinen Spaltmaßen sollen deutlich vertieft werden. Mittels Simulation und Experiment werden Auslegungsgrundlagen für die Gestaltung von neuartigen elektrischer Beheizungseinrichtungen entwickelt, die bei höheren Temperaturen hohe Standzeiten sicherstellen können. Im Projekt werden nach der Identifikation wichtiger Einflussgrößen und Arbeitsbereiche physikalische und numerische Modelle entwickelt, um die längs- (GWA) und querangeströmte (IOB) elektrische Beheizungseinrichtungen zu beschreiben. Dabei soll besonders die Strömung und daraus resultierend der Wärmeübergang und der Druckverlust im Wärmeübertrager detailliert untersucht werden, um kritische Stellen und Zustände zu identifizieren. Es werden Prinzipien für Konstruktion und Auslegung entwickelt, insbesondere hinsichtlich der Form der Heizer, zulässiger Fertigungstoleranzen und thermofluiddynamischer Randbedingungen. Dazu sollen Korrelationsgleichungen zur Berechnung der Heizer in typischen Konfigurationen entwickelt und zur Verfügung gestellt werden. Neben dem Bau von Neuanlagen erlauben neuartige Heizer in Spaltstrombauweise auch die Umrüstung bestehender Anlagen auf einem der Brennstoffbeheizung ähnliches System. Dadurch wird ein weiteres Geschäftsfeld für KMUs in der Thermoprozesstechnik eröffnet. Der Markt für Thermoprozesstechnik ist in Deutschland von KMUs geprägt.