Wir arbeiten am Lehr­stuhl für Flu­id­verfahren­s­tech­nik ak­tuell in drei Schwer­punkt­the­men:

Re­search top­ics

Forschung Forschung Enlarge image

Our research is focused on non-reactive and reactive separation units and especially their internals. Furthermore, innovative technologies towards process intensification are investigated, e.g. energy-integrated and micro-separation units. A further area is the analysis and optimisation of energy-efficient heat exchangers, evaporators and condensers. In order to gain deep process understanding, fundamental research studies on transport phenomena in different systems (e.g. extraction, distillation, evaporation, condensation) are carried out.

Below you will find a list of our current research topics:

  • Theoretical and experimental investigation of non-reactive and reactive separation processes
    • Distillation
    • Absorption and desorption
    • Extraction
  • Process intensification
    • Theoretical and experimental investigation of integrated separation processes (e.g. reactive separation processes)
    • Design and optimisation of micro-separation units and micro-reactors
  • Investigation, optimisation and development of column internals
    • Structured packings
    • Dumped packings
    • Sandwich packings
    • Pollution sensitivity of internals
  • Real and virtual experiments towards determination of process parameters in packed columns and fixed-bed reactors
    • Pressure drop
    • Hold-up
    • Residence time distribution
    • Heat and mass transfer coefficients
    • Separation efficiency
  • Investigation and optimisation of heat exchangers and heat storages
    • Numerical simulations towards flow optimisation in heat exchangers
    • Expermental and numerical investigation of condensation in pillow-plate and fin-and-tube heat exchangers
    • Design and optimisation of heat exchangers for exhaust gas heat recovery in motor vehicles
    • Modeling and optimization of macro-encapsulated latent heat storages based on phase change material (PCM)
    • Numerical investigation of cyclic condensation and evaporation processes with dense working fluids in microchannel heat exchangers
    • Development of thermodynamic and heat transfer models for the optimization of heat engines
  •   Analysis of transport phenomena in multiphase flows
    • Liquid films and single bubbles in gas/liquid systems
    • Single droplets in liquid/liquid systems
    • Coalescence
    • Interfacial convection
    • Multicomponent diffusion
    • Fluid dynamics and mass transfer at moving phase boundaries
  • Cooling and/or heating of electrical and mechanical engineering system elements
    • Numerical simulation of heat transfer in electronic and mechanical components
    • CFD-based geometry optimisation of cooling channels for power electronics components
    • Cooling of photovoltaic units

En­twicklung von Wärmespeich­ern für hohe Tem­per­at­uren und Kapazitäten

Um den Anteil regenerativer Energiequellen auch im Bereich der Wärmebereitstellung zu erhöhen bedarf es neben entsprechender Technologien zur Energiewandlung auch Möglichkeiten zur Energiespeicherung, bzw. zur Wärmespeicherung. Eine technische Lösung ist der Einsatz von Latentwärmespeichern, bei denen die thermische Energie durch den Phasenwechsel eines spezifischen Materials (Phase Change Material, PCM) ein- bzw. ausgespeichert wird. Diese PCM Materialien können in unterschiedlicher Form vorliegen und bestimmen durch ihre physikalischen Eigenschaften die Speichertemperatur. Wir entwickeln entsprechende Latentwärmespeichersysteme für unterschiedliche Anwendungen und untersuchen diese mit Hilfe von theoretischen und experimentellen Studien. In aktuellen Arbeiten fokussieren wir uns auf die Entwicklung von Hochtemperatur-Wärmespeichern für den industriellen Einsatz und makroverkapselten PCM-Speichern mit erhöhter Kapazität für den Einsatz in Wohngebäuden und Quartieren.

Bisherige Veröffentlichungen aus diesem Forschungsschwerpunkt:

  • M. Grabo, E. Acar, E. Kenig: Modeling and improvement of a packed bed latent heat storage filled with non-spherical encapsulated PCM-Elements, 2021, https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.04.022
  • M. Grabo, C. Staggenborg, K.A. Philippi, E. Kenig: Modeling and Optimization of Rectangular Latent Heat Storage Elements in an Air-Guided Heat Storage System, 2020, https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.571787
  • M. Grabo, D. Weber, A. Paul, T. Klaus, W. Bermpohl, S. Krauter, E. Kenig: Numerical Investigation of the Temperature Distribution in PCM-integrated Solar Modules, 2019, https://doi.org/10.3303/CET1976150

Sektoren­kopplung, Wärmein­teg­ra­tion und De­mand Side Man­age­ment

Die Kopplung von Energiesystem und industrieller Produktion geht weit über das Thema Wärmespeicherung hinaus. Ein Baustein ist die Nutzung von chemischen Energieträgern als Kopplungselement. Hierbei beschäftigen wir uns mit der Herstellung von synthetischen Erdgas aus CO2 und Wasserstoff und der Herausforderung, die dafür notwendigen Power-to-Gas Anlagen entsprechend der lokal vorherrschenden Randbedingungen optimal auszulegen und zu betreiben. Ein weiterer Baustein ist die Integration von Wärmepumpen und -speicher in industrielle Produktionsprozesse. Hierzu fehlen Heuristiken und Bewertungsmethoden, die mögliche Integrationspunkte identifizieren und eine potentielle Integration schnell und aufwandsarm zu bewerten. Ein weiterer Baustein ist das Demand Side Management, welches die Anpassung der Prozessführung an die Randbedingungen des Energiesystems insbesondere der volatilen Strompreise beschreibt. Herausforderungen bestehen hier insbesondere in Bezug auf die Integration von DSM Programmen in Prozessen der (bio-)chemischen Industrie.

Weiterführende Literatur zu diesem Forschungsschwerpunkt: