Thermische Energie- und Verfahrenstechnik

Effiziente thermische Energie- und Trennprozesse leisten weltweit einen entscheidenden Beitrag zur Energieversorgung und zur Energienutzung. Die Erforschung innovativer Ansätze zur Energiebereitstellung mittels superkritischem CO₂ als Arbeitsmedium sowie die energieoptimierte Phasenkontaktierung und Reduzierung der Anlagengröße von Trennapparaten sind für eine ressourcenschonende Energiebereitstellung und -nutzung von entscheidender Bedeutung.

Superkritische CO₂-Kraftkreisläufe zur effizienten Wärmenutzung

Kohlendioxid oberhalb des kritischen Punktes (31°C, 73,8 bar) hat einige Vorteile bei der Anwendung in thermodynamischen Kreisprozessen. Diese Kreisprozesse erzielen höhere Wirkungs­grade sowie eine deutliche Reduktion von Baugröße und Komplexität der Einzelkomponen­ten. Dadurch wird die effizientere Nutzung von industriellen (Abwärme), geothermischen und solaren Wärmequellen sowie von thermischen Energiespeichersystemen möglich.

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Effiziente thermische Trenn­verfahren

Fluide Trennprozesse wie Rektifikation, Destillation, Absorption, Desorption und Extraktion sind zentrale Grundopera­tionen in praktisch allen Sparten der Prozessindustrie. Die Dampf-Flüssig-Trennopera­tionen stellen in der Regel die energieintensivsten Verfahrensschritte dar, da mehrfache Verdampfungs­- und Kondensations­vorgänge involviert sind.

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Systemanalyse

Systemanalysen umfassen die Bewer­tung und Optimie­rung der Wechselwirkungen zwischen ­verschiedenen Komponen­ten ­verfahrenstechnischer Prozesse, um deren effizienten und zu­verlässigen Betrieb zu gewährleisten. Außerdem dienen Systemanalysen dazu, die Wirt­schaftlich­keit und Nachhaltig­keit technisch-chemischer Prozesse für unterschiedliche Betriebsszenarien und Produktions­umge­bungen zu er­mitteln.

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Thermo­hydraulische nukleare Sicherheits­for­schung

Strömungs­phänomene in Zweiphasenströmungen spielen eine große Rolle bei der Sicherheit von Kernreaktoranlagen. Zur Code-Validie­rung unter industrienahen Randbedin­gungen wurden im Institut für Fluiddynamik Versuchsstände aufgebaut, die strömungs­technische Untersuchungen bei Einsatz innovati­ver Messtechnik ermöglichen.

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Nano- und Mikroskalenmodellie­rung

Multiskalige (Nano/Mikro/System) Modellie­rungen der Fluiddynamik und des Stofftransports bei Phasenwechselprozessen an Festkörperoberflächen wurden durchgeführt. Dabei kombinieren wir moderne computergestützte Methoden – einschließlich physikbasier­ter neuronaler Netze, Quantencomputing, Dichtefunktionaltheorie (DFT) sowie GPU-beschleunig­ter Simula­tionen (DNS, SPH) – mit hochentwickelten experimentellen Verfahren wie der Synchrotron-Röntgenradiographie.

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