Analyse der Wechselwirkungen zwischen wasserstoffbasierten Verbrennungssystemen, Hochtemperaturmaterialien und laserbasierter Additiver Fertigung (H2MAT3D)

03 - Analyse der Wechselwirkungen zwischen wasserstoffbasierten Verbrennungssystemen, Hochtemperaturmaterialien und laserbasierter Additiver Fertigung (H2MAT3D)

Zusammenfassung

Die Effizienz moderner wasserstoffbasierter Verbrennungssysteme hängt stark von den Wechselwirkungen zwischen Flamme und Festkörper ab, da sowohl das thermokinetische Feld in der Flamme als auch der Wärmeverlust über den Festkörper die Flammenstabilität stark beeinflussen. Darüber hinaus ist die Realisierung neuartiger geometrisch komplexer Brennerdesigns nur mit additiven Fertigungsverfahren (AM) möglich. In H2MAT3D wird die Wechselwirkung zwischen wasserstoffbasierten Verbrennungssystemen und additiv gefertigten Materialien experimentell und numerisch untersucht. Damit kann die Lücke zwischen dem Design von AM-Brennern und der Prozess-Material-Wechselwirkung im Verbrennungsprozess geschlossen werden. Um dies zu erreichen, werden hochtemperaturbeständige Werkstoffe, die auch durch AM, insbesondere Laser Powder Bed Fusion (LPBF), verarbeitbar sind, durch thermodynamisch basierte Legierungsselektion aus Ni-Basis-Superlegierungen identifiziert und mittels Extreme High-Speed Laser Application (EHLA) hergestellt, welches eine Legierungsentwicklung im Hochdurchsatzverfahren ermöglicht. Diese Arbeit wird durch Mikrostruktursimulationen unterstützt, die Informationen über Faktoren liefern, die die Hochtemperaturfestigkeit, das Degradationsverhalten und die Rissbildung während der additiven Fertigung beeinflussen. Die hergestellten Proben werden in Wasserstoffverbrennungsexperimenten untersucht und prae- sowie post-operando charakterisiert, um Degradationsmechanismen aufzudecken. Die experimentellen Arbeiten zur Verbrennung werden durch Verbrennungssimulationen ergänzt, die darauf abzielen, den Einfluss des Materials auf die Flamme aufgrund von Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenreaktionen zu verstehen. Das in H2MAT3D gewonnene grundlegende Verständnis wird genutzt, um die AM-Prozessbedingungen und die Hochtemperaturmaterialien aufeinander abzustimmen, um Verbrennungsprozesse mit verbesserter Effizienz zu erzielen. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens können für additiv gefertigte Verbrennungssysteme genutzt werden, bei denen maßgeschneiderte Legierungen und komplexe Geometrien dazu beitragen, die Effizienz zu steigern und die Umweltauswirkungen von Verbrennungsprozessen zu verringern.
Project03

Forschungsteam

[:en]Schleifenbaum[:]

Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

Projektleiter

RWTH Aachen University
Digital Additive Production DAP
johannes.henrich.schleifenbaum(at) dap.rwth-aachen.de
Haase

Dr.-Ing. Christian Haase

Projektleiter

Technische Universität (TU) Berlin
Werkstoffe für die Additive Fertigung
christian.haase(at)tu-berlin-de
[:en]Maas[:]

Prof. Dr. rer. nat. Ulrich Maas

Projektleiter

Karlsruher Institut für Technologie 
Institut für Technische Thermodynamik ITT
ulrich.maas(at)kit.edu
[:en]Yu[:]

Dr.-Ing. Chunkan Yu

Wissenschaftler

Karlsruher Institut für Technologie 
Institut für Technische Thermodynamik ITT
chunkan.yu(at)kit.edu
Bold

Dr. rer. nat. Sebastian Bold 

Wissenschaftler

RWTH Aachen University 
Digital Additive Production DAP
sebastian.bold(at)dap.rwth-aachen.de
NoPicture

Dr.-Ing. Philipp Golda

Wissenschaftler

Karlsruher Institut für Technologie 
Institut für Technische Thermodynamik ITT
philipp.golda(at)kit.edu
[:en]Schweikert[:]

Till Schweikert, M.Sc.

Doktorand

RWTH Aachen University 
Digital Additive Production DAP
till.schweikert(at)dap.rwth-aachen.de
NoPicture

Timo Jennerjahn

Doktorand

Karlsruher Institut für Technologie 
Institut für Technische Thermodynamik ITT
uffbp(at)student.kit.edu
AhmetTurnali

Ahmet Turnali

Doktorand

Technische Universität Berlin
Fachgruppe Werkstoffe Für die Additive Fertigung
 
Nikitas-Vasileios_Georgiou

Nikitas-Vasileios Georgiou

Doktorand

Technische Universität Berlin
Fachgruppe Werkstoffe Für die Additive Fertigung
 georgiou.nikitas.vasileios(at)tu-berlin.de