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Projects

Our research is partly self-financed and partly financed by funded projects. Most important are cooperation projects with partners from industry and research on national and international level.

Some of our projects are presented below.

Aktuelle Projekte
Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen durch innovative Wärmeübertrager: Verdampfung und Kondensation von Gemischen
Ziel dieses Verbundprojektes mit drei weiteren Universitäten sowie 14 Industriepartnern ist es die Anwendung von Kissenplatten und strukturierten Rohren als Kondensatoren und Verdampfer in der Prozessindustrie zu etablieren. Da jedoch bislang Dimensionierungsgrundlagen für diese Bauformen bei der Wärmeübertragung mit Phasenwechsel fehlen und diese Apparate somit zur Gewährleistung der geforderten Wärmeübertragung in der Regel überdimensioniert werden, müssen diese Dimensionierungsgrundlagen erarbeitet werden. Zur Erarbeitung der Dimensionierungsgrundlagen in Form von Korrelationen werden hierzu an der Universität Paderborn experimentelle Untersuchungen zur Kondensation von Reinstoffen und Gemischen an Kissenplatten durchgeführt. Auf Basis der erarbeiteten Korrelationen werden dann Kondensatoren in Kissenplattenbauform im Vergleich zu Glattrohrapparaten bewertet, um vorteilhafte Einsatz- und Betriebsbereiche von Kissenplattenkondensatoren identifizieren zu können. Die Korrelationen werden während des Projektes und danach publiziert und können beispielsweise somit von kleinen und mittelständischen Unternehmen, welche solche Bauformen in ihrem Portfolio anbieten, zur Auslegung verwendet werden.

Beginn: 12/2019
Finanzierung: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Förderkennzeichen: 20755 N
Kooperationspartner: TU Braunschweig, Universität Kassel, TU München
Untersuchung von Aminozuckern als neue Lösungsmittel zur CO2-Abscheidung
Wässrige Lösungen der Aminozucker, d. h. Zuckermoleküle, bei denen eine Hydroxylgruppe durch eine Aminogruppe ersetzt wurde, gelten als potenziell neue Lösungsmittel zur CO2-Abscheidung. Die Aminozucker sind für diese Anwendung besonders attraktiv, weil sie sicher, nicht korrosiv, biologisch abbaubar und vor allem in großer Menge in der Natur vorhanden sind. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist die Untersuchung der CO2-Abscheidung unter Verwendung wässriger Lösungen des Aminozuckers N-Acetylglucosamin (GlcNAc) und seiner Mischungen mit herkömmlichen Aminen. Dabei wird eine neue Methodik entwickelt, mit der innovative Lösungsmittel zur CO2-Abscheidung mithilfe einer Kombination von virtuellen und realen Experimenten effizient identifiziert und getestet werden können. Virtuelle Experimente werden mittels validierter Modelle durchgeführt, um CO2-Absorptionsprozesse in typischen Absorptionsanlagen unter ausgewählten Standardbetriebsbedingungen zu simulieren. Die erforderlichen Eingabedaten (Reaktionskinetik, Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht, physikalisch-chemische Daten usw.) für die Modellierung und Simulation des Prozesses werden durch Experimente am Standort des indischen Partners, der Gruppe um Prof. Vaidya, Institut für Chemische Technologie, ICT, Mumbai, generiert.

Beginn: 04/2020
Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Förderkennzeichen: KE 837/38-1
Kooperationspartner: Institute of Chemical Technology (ICT) Mumbai
Entwicklung eines Hochleistungs-Kältespeichers für Back Up Systeme
Das Projektziel ist die Entwicklung eines leistungsstarken und kostengünstiger PCM (Phase Change Material)-Hybridkältespeichers, der es ermöglicht, das gespeicherte Kühlpotential in relativ kurzer Zeit abzurufen. Die Entladezeit soll von ca.60 Stunden auf 1 Stunde bis 30 Minuten reduziert werden. Bei einem PCM-Hybrid-Speicher wird der größte Teil der Energie in PCM-Kapseln gespeichert, die Wärmeübertragung erfolgt durch die Wärmeübertragerflüssigkeit. Es müssen sowohl das PCM selbst, als auch die Geometrie der PCM-Verkapselung entwickelt werden, um Faktoren wie Wärmeleitfähigkeit, Zyklen-Stabilität, Unterkühlungsverhalten, Wärmeübertragungsfläche und Schichtdicke zu optimieren. Für die automatisierte Zusammenführung der Stoffe und das saubere/exakte Abfüllen der Kapseln, müssen außerdem die Prozesse und Anlagen modifiziert werden. Für die Entwicklung der Kapselgeometrie soll ein Computational Fluid Dynamics (CFD)-Modell entwickelt werden, mit dem die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit um die PCM-Kapseln und die thermische Leistung des Gesamtspeichers während der Be- und Entladung realitätsnah abgebildet werden kann.

Beginn: 01/2020
Finanzierung: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Förderkennzeichen: ZF4032935ZG9
Kooperationspartner: ESDA Technologie GmbH, Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH
Entwicklung und Monitoring eines Gesamtsystems zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft (RENBuild)
Ziel des Projektes ist es, ein innovatives Gesamtkonzept zur kombinierten regenerativen Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte, Strom und Frischluft zu entwickeln und im realen Einsatz zu evaluieren. Im Fokus steht dabei eine möglichst umfassende und effiziente Nutzung zur Verfügung stehender regenerativer Umweltenergie und die Verknüpfung mit LowEx-Systemen zur Gebäudekühlung, Heizung und Lüftung. Im Rahmen von RENBuild wird ein Gewerke übergreifendes Gesamtsystem entwickelt, dessen optimierte Komponenten eine möglichst hohe Energieeffizienz bei gleichzeitiger Nutzung regenerativer Energien erlauben. Kernstück des Systems ist ein PVT-Kollektor, der gleichzeitig Strom, Wärme und Kälte rein regenerativ erzeugt. Tagsüber wird Solarenergie in Strom und Wärme umgewandelt, während nachts Umweltkälte – im Wesentlichen durch langwelligen Strahlungsaustausch mit dem kalten Nachthimmel – genutzt wird. Die dabei erreichten Temperaturen liegen auf moderaten Niveaus, können jedoch sehr effizient in Niedertemperaturheiz- und -kühlsystemen wie z.B. Heiz-/Kühldecken oder Fußbodenheizung/-kühlung genutzt werden. Eine Wärmepumpe kann die Temperaturen – sofern notwendig – weiter anheben bzw. absenken. Entsprechend angepasste und optimierte Wärme- und Kältespeicher sorgen für die Überbrückung der Fehlzeiten zwischen Erzeugung und Bedarf. Die Einbindung einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung komplettiert das Gesamtsystem. Eine intelligente Steuerung erlaubt das effiziente Zusammenspiel der Komponenten. Die Steuerung ist dabei auf eine möglichst hohe Eigennutzung ausgelegt. Die Speicher erlauben jedoch auch netzdienliche Funktionen wie z.B. power-to-heat oder power-to-cold.

Beginn: 01/2020
Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Förderkennzeichen: 03EN1009F
Kooperationspartner: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V., PA-ID GmbH, Neuberger Gebäudeautomation GmbH, Ratiotherm Heizungs- und Solartechnik GmbH & Co. KG, Hanse Haus GmbH & Co. KG, Dipl.-Ing. Hölscher GmbH & Co. KG, Renz Solutions GmbH, ESDA Technologie GmbH
Innovativer Trennapparat zur Stickstoffrückgewinnung aus landwirtschaftlichen Abfällen (ITS NH3)
Die Verwertung organischer Abfälle aus der Landwirtschaft, insbesondere Gülle und Gärrest, ist eine noch nicht zufriedenstellend gelöste Aufgabe im Bereich des Abfallmanagements. Gülle enthält Stickstoff, daneben Phosphat und weitere Mineralien, welche wichtige Nährstoffe für landwirtschaftliche Nutzpflanzen darstellen. Der direkte Nutzen (z.B. Ausbringung auf Felder) führt bei übermäßigem Einsatz jedoch zu hohen Nitratbelastungen von Böden und Gewässern.
In diesem Projekt wollen wir in Zusammenarbeit mit der Envimac Engineering GmbH einen innovativen Trennapparat zur Stickstoffrückgewinnung entwickeln. Dieser soll erstmals geeignet sein, Stickstoff in Form von Ammonium direkt aus der Gülle bzw. dem Gärrest selektiv zu entfernen und somit hochwertige Düngeprodukte herzustellen. Dabei wird ein hochtechnisierter Apparat mit gleichzeitig landwirtschaftlicher Robustheit entwickelt, mit welchem feststoffhaltige Flüssigkeiten behandelt werden können ohne dass es zu einem Ausfall der Anlage kommt. Damit wird erstmals auch die wirtschaftliche Verarbeitung kleiner Menge an Gülle dezentral direkt am Bauernhof ermöglicht.
Die Aufgabe für unseren Lehrstuhl liegt dabei in der numerischen Untersuchung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Trennapparates.

Beginn: 09/2019
Finanzierung: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF 4032929SA9
Kooperationspartner: Envimac Engineering GmbH
Energiemessung von Erd- und Biogas für den privaten Bereich (ENFLOW)
Die Diversifizierung der Gasversorgung durch Liberalisierung des Gashandels, die Erschließung neuer fossiler Quellen und die zunehmende Nutzung erneuerbarer Gase (wie Bio- und Synthesegas) führen zu deutlichen Schwankungen der Gasqualität. Diese ist jedoch entscheidend für die eichpflichtige Messung des Energieinhalts sowie den sicheren, effizienten und emissionsarmen Betrieb von gasbetriebenen Prozessen. Der Energiestrom des Gases in der Betriebsmessung ergibt sich als Produkt aus dem Heizwert und dem verbrauchten Gasvolumen. Für die meisten Gasverbraucher wird am Verbrauchsort nur die Mengenmessung durchgeführt, während die Qualitätsmessung (Heizwert) nach internen Verfahren durch den Lieferanten erfolgt.
Das Hauptziel des Deutsch-Schwedischen Projektes ist die Entwicklung und Markteinführung einer innovativen Technologie zur kostengünstigen Echtzeitmessung des Energiestromes von Erd- und Biogas mit Hilfe eines Ultraschalldurchflussmessers. Im Vergleich zu bestehenden Lösungen kann mit der neuen Technologie eine Kostensenkung von voraussichtlich bis zu 94% (im Vergleich zur Gaschromatographie) erreicht werden. Die Kosten für Betrieb und Wartung werden dabei um etwa 90% reduziert.
Die Aufgabe unseres Lehrstuhls ist dabei die simulationsgestützte Optimierung der Messkammer in Bezug auf die Störgröße Strömung.

Beginn: 09/2019
Finanzierung: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF 4032930CL9
Kooperationspartner: GasQuaL AB (Schweden), Königlich Technische Hochschule Stockholm
Untersuchung von Mehrphasenströmungen auf strukturierten Oberflächen mittels CFD-Methoden
Ziel unserer Kooperation mit der Sulzer Chemtech AG ist es, das Verhalten von Flüssigkeitsströmungen mit freien gas-flüssig Grenzflächen auf strukturierten Oberflächen durch ein CFD-Modell abzubilden. Diese werden in der verfahrenstechnischen Industrie häufig in strukturierten Packungen eingesetzt, die einen möglichst intensiven Austausch zwischen zwei oder mehr fluiden Phasen bei gleichzeitig geringen Druckverlusten herstellen sollen (z.B. bei Rektifikations- und Absorptionsprozessen).
Die Untersuchungen erfolgen ohne auferlegte Gasströmung mit Fokus auf der Benetzungseigenschaft der Oberflächen. Die Berücksichtigung der Mikrostruktur im CFD-Modell soll über eine Anpassung des effektiven Kontaktwinkels im CFD Modell erfolgen, wobei derjenige Kontaktwinkel gewählt wird, welcher die Strömungscharakteristik am besten wiedergibt. Um dies bewerten zu können führt die Firma Sulzer Ausbreitungsversuche von Flüssigkeitsfilmen auf Einzelblechen durch, die in ihrer mikrostrukturellen Oberflächenbeschaffenheit den strukturierten Packungen entsprechen.

Beginn: 09/2018
Finanzierung: Sulzer Chemtech AG, Universität Paderborn
Kooperationspartner: Sulzer Chemtech AG
Entwicklung eines hocheffizienten Rohrbündelkondensators mit strukturiert chemisch beschichteten Drallrohren zur bevorzugten Tropfenkondensation (TROKO)
Das Vorhaben zielt auf eine Entwicklung von neuartigen Wärmeübertrager-Rohren, um die Wärmeübertragung bei der Kondensation zu verbessern. Lösungsansatz ist eine Stärkung der Tropfenkondensation gegenüber der Filmkondensation, da damit der Wärmeübergangskoeffizient um etwa den Faktor 10 vergrößert wird. Dies soll durch eine zweifache Strukturierung der Kondensationsoberflächen erreicht werden. Zum einen durch geometrische Umformungen mit den Drallrohren, zum anderen durch eine chemische Strukturierung mit neuartigen hydrophil- hydrophoben Beschichtungen. Die technische und wirtschaftliche Bedeutung dieser Innovation ergibt sich unter zwei Aspekten: Erstens eine Verbesserung der Energieeffizienz von Dampfturbinen durch Vergrößerung des wirksamen Druckgefälles, zweitens eine Erhöhung der Materialeffizienz durch kleinere Baugrößen für vorgegebene Kondensationsleistungen.
Zusammen mit den Projektpartnern ist es zunächst ein geeignetes Beschichtungssystem zu entwickeln, danach wird unter der Leitung von FVT das modifizierte beschichtete Einzelrohr in einem Testkondensator im Labormaßstab hinsichtlich des Kondensationsverhaltens von Wasserdampf untersucht, um die Verbesserung des Wärmeübergangs quantitativ darzustellen. Ferner wird die Verbesserung des Wärmeübergangs in Rohrbündeln durch Reduzierung des Bündeleffektes untersucht. Zum Schluss werden mathematische und physikalische Zusammenhänge daraus abgeleitet.

Beginn: 05/2018
Finanzierung: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF4032923ST7
Kooperationspartner: Arbeitsgruppe Coatings, Materials & Polymers (Uni Paderborn) und Hatec Haag-Technischer Handel GmbH
Entwicklung Modellbasierter Werkzeuge zur Vermeidung und Beseitigung von Vor- und Notfallsituationen in Prozessen der chemischen Absorption (MWNCA)
In der chemischen Industrie finden trotz aller Sicherheitseinrichtungen und -vorschriften immer wieder Störfälle statt. Die Störfälle führen oft zu Bränden, Explosionen sowie dem Ausstoß giftiger und krebserregender Stoffe und können beträchtliche Personen-, Umwelt- und Sachschäden verursachen. Hinzu kommen dadurch Produktionsausfälle in einem erheblichen Umfang.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Softwarewerkzeugs, mit dem die Anlagenfahrer kritische Situationen im Bereich der chemischen Absorption erkennen können und über das Werkzeug Steuerbefehle zur Vermeidung kritischer Situationen in nahezu Echtzeit  vorgeschlagen bekommen.
Die Aufgaben für unseren Lehrstuhl liegen dabei in der dynamischen Simulation der ausgewählten Prozesse sowie Entwicklung reduzierter Modelle zur Beschreibung dieser.

Beginn: 04/2018
Finanzierung: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF4032921BZ7
Kooperationspartner: Sokratel Kommunikations- und Datensysteme GmbH
Theoretische und experimentelle Untersuchung der Rektifikation viskoser Systeme in Packungskolonnen
Die Trennung von viskosen Gemischen in Packungskolonnen ist ein technisch relevanter, aber nicht systematisch untersuchter Prozess. Die Viskosität beeinflusst u.a. die Diffusion in der flüssigen Phase oder die Benetzbarkeit des Packungsmaterials, was die etablierten Korrelationen oder Modelle zur Vorhersage der Trennleistung ungeeignet macht. In vorangegangenen Studien an unserem Lehrstuhl wurde ein Modell entwickelt, das die Rektifikation von Gemischen mit erhöhter Viskosität in strukturierten Packungskolonnen beschreibt. Im aktuellen Projekt wird dieses Modell auf die Rektifikation von Flüssigkeitsgemischen mit Viskositäten von bis zu 50 mPa s erweitert. Dabei wird die Fluiddynamik innerhalb der strukturierten Packung durch tomographische Messungen untersucht und in den auf hydrodynamischen Analogien basierenden Modellierungsansatz implementiert. Schließlich wird in Zusammenarbeit mit der TU Braunschweig eine experimentelle Validierung durchgeführt, um die Anwendbarkeit für verschiedene chemische Systeme bei standardisiertem Messaufwand sicherzustellen.

Beginn: 05/2017
Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Förderkennzeichen:  KE 837/19-3   
Kooperationspartner: TU Braunschweig
Eine neue Versuchsanlage zur Bestimmung von thermofluiddynamischen Charakteristika in Kondensatoren
Im Zuge steigender Anforderungen an Haushaltstrockner hinsichtlich deren Energieeffizienz ist es notwendig, die Geräte wärmetechnisch zu optimieren. Die Firma Miele & Cie. KG ist bekanntlich einer der führenden Hersteller von Haushaltstrocknern und legt besonderen Wert auf eine optimale Konstruktion und Fertigung der einzelnen Trockner-Komponenten einschließlich der Wärmeübertrager. 
Zur Optimierung von Kondensatoren in Haushaltstrocknern ist es wichtig, einzelne Einflussparameter des Kondensationsprozesses zu bestimmen. Diese können jedoch mit Hilfe numerischer Simulationen oder Messungen am Gesamtapparat nur schwer erfasst werden. Um die Auswirkung der einzelnen Parameter (Volumenstrom, Temperatur, etc.) auf den Kondensationsprozess in einem Kondenstrockner besser zu verstehen, wurde bei uns am Lehrstuhl in Kooperation mit Miele eine Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut, mit der auch ein ausgewählter Teil eines Wärmeübertragers untersucht werden kann. Experimentell bestimmt werden der thermische Wirkungsgrad, die Kondensationsrateund der Druckverlust auf der Luftseite.

Beginn: 10/2013
Finanzierung: Miele & Cie. KG
Finished projects
Numerical and experimental investigation of Marangoni convection during droplet formation and coalescence

The target of this research project is the development of a model for simultaneous droplet coalescence and Marangoni convection, which can be used for the design of extraction processes. Here, experimental and numerical (CFD) results will be combined. Furthermore, the CFD simulations extend the basic understanding of droplet formation and rise under Marangoni convection conditions. Together with the experimental data, the basics for the future modelling of these process stages will be created. The research work will be carried out in collaboration with the TU Kaiserslautern, which is responsible for the experimental programme, while the numerical studies will largely be performed by the FVT Paderborn.

Start: 07/2016
End: 12/2019
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/28-1 
Cooperation partners: TU Kaiserslautern

Development of a modular heat storage system using highcapacity, innovative latent heat storage elements (MoLaWS)
Within the framework of the MoLaWS project, a new, modular, air-guided heat storage system is being developed using innovative, pressure-loss-free and cascadable high-capacity latent heat stor-age elements. The aim is to adapt the heating and cooling supply to the current demand and to minimize the cost-intensive consumption of electricity and fossil fuels. In the heat storage, heat is cyclically stored and extracted, while a medium (e.g., air) flowing through the storage releases and absorbs heat. In addition to conventional heat storages, phase change materials (PCM) are utilized in latent heat storages. In this case, the volume-specific heat storage capacity as well as the driving forces are much higher than in sensitive heat storages. Consequently, latent heat storages enable more compact storage units, reducing heat losses and thus increasing the energy efficiency. FVT’s main focus is on the modeling and CFD-based investigation of the heat transport processes induced by the phase change as well as on the design of the heat storage elements in regards to optimal heat transfer.

Start: 07/2017
Funded by: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Funding Reference Number: ZF4032917ST7
Cooperation partners: ESDA Technologie GmbH
Joint project ‘‘SoLifE‘‘: Increasing efficiency and lifespan of photovoltaic modules by integration of polymer-bound phase-change materials
The primary goal of this project is to increase efficiency and lifespan of photovoltaic modules by integration of high-capacity, polymer-bound phase-change materials (PCM) with improved thermal conductivity. Preliminary investigations have shown that the integration of PCM in PV-modules leads to a significant reduction of the operating temperature and to a decline in the rate of temperature change. The latter is the decisive factor for aging-related degradation which is attributed to thermally induced, cyclic material stress. In addition, the improved thermal conductivity has shown to be a suitable measure to avoid the formation of so-called hot spots. Such spots are primarily caused by unforeseen shadings and increase the operating temperature in the affected area.
The project is executed in a close collaboration of all four partner groups of the Competence Centre for Sustainable Energy Technology. Our chair focusses on the modeling and the CFD-based investigation of the heat transfer processes under phase-change conditions.

Start: 07/2016
Funded by: Federal Ministry for Economic Affairs and Energy
Funding Reference Number: 0324084A
Experimental and theoretical investigations of fluid dynamics and mass transfer in Sandwich packings
The aim of this project is the development of an application-oriented and predictive modeling approach to describe the separation performance of columns with sandwich packings. In the operating range of Sandwich packings, a heterogeneous flow pattern is established (bubble flow, froth and trickling film flow). In order to determine the impact of individual flow regimes on the fluid dynamics and mass transfer separately, diverse experimental methods are combined. In an absorption-/desorption plant, the influence of various operating and design parameters on the mass transfer is investigated. Furthermore, local information of the multiphase flow is generated with the aid of ultra-fast electron beam X-ray computed tomography. The results of both methods are used in the development of a rate-based model.
The work is carried out in cooperation with the TU Dresden. In Paderborn, the experimental and theoretical mass transfer studies of Sandwich packings are performed. At the TU Dresden, the fluid dynamics are investigated by ultra-fast electron beam X-ray computed tomography.

Start: 02/2016
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/26-1
Cooperation partners: TU Dresden
Development of a novel ice machine utilizing single phase coolant
To cool their products, companies in food industry produce ice in form of ice shards directly at the manufacturing site. This is done by means of ice machines, which freeze a falling water film on the outer surface of a heat exchanger (mostly pillow plates) followed by a cyclical detachment and crushing of the resulting ice plates. Currently available ice machines are characterized by a high fluid content of hazardous refrigerant (toxic, flammable, high global warming potential), resulting in high equipment cost and, in case of damage, a significant safety risk for personnel and environment. Within the scope of this project, which is carried out in cooperation with the company BUCO Wärmeaustauscher International GmbH, a novel ice machine will be developed, with a fluid content of refrigerant reduced to a minimum. Most of the refrigerant will be substituted by harmless coolant. However, the use of coolant instead of refrigerant brings about considerable uncertainty in the apparatus design, which should be eliminated with the aid of CFD-based studies (multiphase simulations will be carried out) as well as experimental investigations carried out in a pilot plant that will be built within this project.

Start: 01/2017
Funded by: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM, Federal Ministry for Economic Affairs and Energy - BMWi)
Cooperation partners: BUCO Wärmeaustauscher International GmbH
KMU-innovativ: Innovative, low-pressure installations for use in absorption applications
The aim of this project is the development of new packing geometries to increase the efficiency of separation devices. This will be achieved with the help of a new, scientifically grounded and computer-aided approach, in close cooperation with Envimac Engineering GmbH, Oberhausen. The work of our Chair is mainly focused on the development and validation of a simulation model based on the hydrodynamic analogy principle, which allows predictive evaluation of separation characteristics of columns filled with newly created internals.

Start: 09/2016
Funded by: Federal Ministry of Education and Research
Funding Reference Number: 01LY1602B
Cooperation partners: ENVIMAC Engineering GmbH, Oberhausen
Theoretical and experimental investigation of fluiddynamics and heat and mass transfer in zero gravity distillation processes using tailor-made capillary structures
In this project, the concept of zero gravity distillation is investigated. This process represents an approach to establish distillation processes in units that contain internals with dimensions smaller than one millimeter. For keeping the flow patterns of vapour and liquid phase appropriate for the process, which represents a main challenge in micro-separation technology, capillary forces are utilised. Grooves and porous materials are considered as possible structural elements for the process. As the main targets of the project, the transport processes in such structural elements should be investigated and a theoretical process model should be developed, which would allow the design of technical units.
this project is carried out in collaboration with the TU Darmstadt. Basically, our group is responsible for theoretical modeling and simulation, while at the TU Darmstadt experimental investigations are performed.

Start: 09/2014
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/23-1
Cooperation partner: TU Darmstadt
Numerical simulations of the fluid dynamics in structured packings
In fluid process engineering , a high interfacial area is required for separation processes in packed columns. This can be achieved by the use of structured packings. Their geometrical parameters as well as fluid properties and operating conditions significantly influence the fluid dynamics of gas and liquid phase flows. In this project, both single-phase and two-phase flow phenomena in structured packings are studied with the aid of CFD-based methods. The target of the project is to reach a better understanding of the local flow phenomena. This will help to design packed columns more accurately and to further optimize structured packings.

Start: 09/2015
End: 12/2018
Funded by: internal funding
Investigation of heat and mass transport in a solar dryer by CFD methods
In Africa, food with a high amount of moisture is commonly dried directly on the ground. In such a process, part of the product is lost due to the influences of unfavorable weather, insects, etc.  In addition, quality losses that may be caused by exhaust gases and unstable process conditions affect the products market value. Hybrid solar dryers are implemented to make the drying process more controllable and environmentally friendly and in this way to help improving the farmers’ perspectives in Ghana.
The Kwame Nkrumah University of Science and Technology (KNUST) in Kumasi has developed such a solar dryer for corn. Its current design has successfully been modelled by CFD simulations, which have been validated against temperature measurements.
In our current work, we try to improve the compressor in use in order to enhance the air flow and hence to shorten the process time. Furthermore, the effect of additional ventilators on the temperature distribution in the dryer is studied as well as the product homogeneity.

Start: 2013
Funded by: DAAD
Cooperation partners: Kwame Nkrumah University of Science and Technology and others
Thermal Analysis of Inductances Based on CFD-Methods
This project belongs to transfer projects which represent one of the funding instruments of the Leading-Edge Cluster it's OWL “Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe”. In cooperation with the SME Schaffner Deutschland GmbH, the thermal analysis of electric inductances by means of CFD-methods should be performed.
Electric inductances are used in many applications as filter elements to condition electric currents. Frequently, low weight and volume of the elements are desirable, resulting in a high power density. The reliability and lifetime of inductances strongly depend on the thermal load. Therefore, inductances are cooled by forced convection to avoid local overheating of the winding isolation system. For this purpose, cooling channels are integrated into the windings, which are, however, often designed with a high degree of uncertainty. Better predictions of the flow conditions and hence of the heat removal can be achieved with the methods of computational fluid dynamics (CFD). Yet, because of its high complexity, CFD methods are not in standard industrial use. The project goal is therefore CFD integration into the established winding design methods at Schaffner Deutschlad GmbH. Along these lines, our Chair will develop a suitable modeling concept and validate it against the measurements carried out by the company. The software used is the commercial CFD-tool StarCCM+ by Siemens. Via training courses, a successful knowledge transfer from the university to the company should be realized, so that after the project end, the staff of Schaffner Deutschlad GmbH is able to accomplish further CFD implementations for winding-related products independently.

Start: 01/2017
Funded by: Spitzencluster it’s OWL „Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe“
Cooperation partners: Schaffner Deutschland GmbH
Development of an efficient cooling concept for digital showcases
The aim of this project is the development of an application-oriented and predictive modeling approach to describe the separation performance of columns with sandwich packings. In the operating range of Sandwich packings, a heterogeneous flow pattern is established (bubble flow, froth and trickling film flow). In order to determine the impact of individual flow regimes on the fluid dynamics and mass transfer separately, diverse experimental methods are combined. In an absorption-/desorption plant, the influence of various operating and design parameters on the mass transfer is investigated. Furthermore, local information of the multiphase flow is generated with the aid of ultra-fast electron beam X-ray computed tomography. The results of both methods are used in the development of a rate-based model.
The work is carried out in cooperation with the TU Dresden. In Paderborn, the experimental and theoretical mass transfer studies of Sandwich packings are performed. At the TU Dresden, the fluid dynamics are investigated by ultra-fast electron beam X-ray computed tomography.

Start: 02/2016
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/26-1
Cooperation partners: TU Dresden
Modelling and simulation of multicomponent mass transfer at moving liquid-liquid interfaces
Transport phenomena at moving interfaces are met in a variety of chemical and reaction engineering processes. A fundamental and detailed knowledge of the transport phenomena is crucial for reliable and precise process design. CFD-based simulations contribute more and more to better understanding of complex transport phenomena in multiphase flows. Mass transfer across moving interfaces represents a particularly important phenomenon in separation processes. In case of significant mass transfer rates across the interface or a concentration-dependent interfacial tension, a strongly coupled momentum and mass transfer problem has to be solved. In addition, many processes deal with systems comprising more than two components in each phase. In such systems, the component interactions must be described by an appropriate modelling approach.
The project focuses on the further development of a mathematical model and a numerical method for the characterisation of multicomponent mass transfer in multiphase systems with moving interfaces.

Start: 12/2014
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/24-1
Energy efficiency in intelligent technical systems
The leading-edge cluster “Intelligente Technische Systeme” (It's OWL) is a trademark of the region Ostwestfalen-Lippe. The cluster involves 173 cluster partners - 127 companies, 16 universities and 30 economy related organisations. The main target of the project is to increase the competiting ability of a global scale and to enhance the value and occupation in the fields of mechanical engineering, electrical/electronics industry and automotive supply industry.
Our group contributes to the development of an efficient thermal management within the cluster project It's OWL-EE "Energy efficiency in intelligent technical systems" and interconnected innovation projects (in cooperation with industry partners). By an application of various modelling approaches and numerical simulations of heat transfer processes, the cooling or heating of electronic/mechanical components is analysed and evaluated. Furthermore, the established methods are systematised. The acquired information related to the methods, procedures, models and optimisations will be summarised in the form of a catalogue.

Start: 07/2012
Funded by: Federal Ministry of Education and Research
Funding Reference Number: 02PQ1030
Cooperation partners: 173 Clusterpartners
Website: www.its-owl.de
Theoretical investigation of separation behaviour of viscous polymer solutions in packed columns using hydrodynamic analogies
Structured packings are employed in separation columns particularly for difficult separations, because they reveal large phase interfaces at low pressure drops. One technically relevant area of application that has hardly been studied until now is the separation of viscous systems, e.g. polymer solutions. In these systems, large macromolecules lead to an increased viscosity and a significantly hindered mass transfer in the liquid phase, which results in a substantial separation efficiency reduction for processes like the removal of monomers in polymer manufacturing. The objective of this project is a theoretical investigation of the influence of viscous polymer solutions on the separation processes in packed columns using a modelling approach based on hydrodynamic analogies. This approach has already been successfully applied to absorption and distillation processes in systems with conventional and slightly elevated viscosities. Within the project, a new model extension incorporating the special fluid-dynamic (non-Newtonian) and mass-transfer properties of polymer solutions should be developed and validated using experimental data from literature.

Start: 01/2016
End: 09/2016
Funded by: Internal funding
 
Development of a model-based software tool for the control of electrical heating systems of wind turbine rotor blades
The construction of increasingly large wind turbines and site development of particularly cold regions (e.g. Scandinavian countries and alpine regions) has led to an increasing interest in heating mechanisms for the turbine rotor blades. Therefore, technologies for de-icing and avoidance of ice accretion have been intensively studied. Even in regions with minor icing issues, proof of reliable de-icing technologies or shutdown mechanisms in case of ice accretion is required by legal regulations. However, a satisfying reliability standard has not been achieved by present technologies. The project objective is the development of a model-based software tool for reliable control of electrical rotor blade heating systems, even for cases of temperature sensor failure. Therefore, a mathematical model for the prediction of temperature profiles considering multiple parameters (e.g. ambient conditions and wind speed) is beeing developed in our group.

Start: 10/2013
End: 09/2015
Funded by: Federal Ministry for Economic Affairs and Energy
Funding Reference Number: 2363828KM3
Cooperation partner: www.sokratel.de
EFENIS: Efficient Energy Integrated Solutions for Manufacturing Industries
The overall objective of the project is the development of innovative energy management systems and low-carbon technologies for total-site integration applications. The research focus is the high-impact industrial deployment of energy systems based on total-site integration approach in the process industries. This includes both new designs and retrofits to existing sites. The subsequent demonstration of the results is an essential component of EFENIS. Industrial companies and universities from the EU-countries Great Britain, Germany, Hungary, Denmark, Italy, Finland, Greece and Slovenia as well as from Ukraine, China and Korea co-operate in this project.

Start: 08/2012
End: 07/2015
Funded by: European Commission through its 7th Framework Programme (FP7)
Grant Agreement: 296003
Cooperation partners: 17 partners in 11 countries
Website: www.efenis.uni-pannon.hu
Development of a new corrugated wall tank for transformers to 15,000 kVA
The objective of this project is to improve the cooling of oil-immersed distribution transformers ranging from 30 kVA to 15,000 kVA significantly by the redevelopment of the casing (so called corrugated wall tanks). Thermal energy is released in the windings of the loaded transformers because of the high transferred electrical power. This energy must be removed from the transformer in order to protect it from overheating. The motivation for the redevelopment of a corrugated wall tank from scratch is in addition to the attainment of a considerable gain of energy and resource efficiency due to the fact that the turnaround in energy politicy leads to increased and often new demands on the transformers and therefore on the surrounding tanks. The corrugated wall tank will be redeveloped taking into account the methods of computational fluid dynamics.

Start: 12/2012
End: 03/2015
Funded by: Federal Ministry for Economic Affairs and Energy
Funding Reference Number: KF2363819 AB2
Cooperation partner: www.loos-co.de
CAPSOL: Design Technologies for Multi-scale Innovation and Integration in Post-Combustion CO2 - Capture: From Molecules to Unit Operations and Integrated Plants
The objective of this project is to identify highly performing solvents in CO2 absorption, to design innovative separation equipment internals and to develop optimal process configurations in order to reduce the costs dramatically. Our tasks are to perform virtual experiments with new solvents and innovative internals and to select the best performing ones for verification by technical experiments.

Start: 11/2011
End: 10/2014
Funded by: European Commission through its 7th Framework Programme (FP7)
Funding Reference Number: FP7-ENERGY-2011-282789
Cooperation partners: 12 partners in 6 countries
Website: CAPSOL
InnovA²: Innovative apparatus and plant concepts to increase the energy efficiency of production processes (subproject A4)
In the BMBF joint project InnovA2 18 academic and industrial partners cooperate to survey promising apparatus and plant concepts to improve the process integrated energy efficiency in industrial production processes. All involved market partners are integrated into the project, i.e. apparatus manufacturers, engineering service providers, operators and research institutes. The Chair of Fluid Process Engineering is the subproject leader for the aptitude test of thermoplate condensers in this joint project.

Start: 01/2011
End: 06/2014
Funded by: Federal Ministry of Education and Research
Funding Reference Number: 033RC1013E
Cooperation partners: 5 academic and 13 industrial partners
Website: InnovA2
INTHEAT: Intensified Heat Transfer Technologies for Enhanced Heat Recovery
INTHEAT is a project within the scope of an EU programme towards support of small and medium-sized companies (SMEs) within Europe. The project topics belong to the area of process engineering. The consortium consists of partners from universities and SMEs from Germany, Great Britain, the Netherlands, Slovenia, Ukraine and Hungary. The Chair of Fluid Process Engineering is responsible for the modelling and numerical simulation of fluid dynamics and heat transfer in spiral heat exchangers made of plastic. Based on these results, optimisation steps will be suggested with the main target to adapt modern spiral heat exchangers to the requirements of up-to-date energy recovery. The spiral heat exchangers proved with the aid of theoretical investigations will be subsequently implemented into practice.

Start: 12/2010
End: 12/2012
Funded by: European Commission within the 7th Frame Programme
Funding Reference Number: FP7-SME-2010-1-262205-INTHEAT
Cooperation partners: 10 partners in 6 countries
Theoretical and experimental investigation of viscous system distillation in packing columns
The separation of viscous mixtures in packing columns is a technically relevant but not systematically examined unit operation. The aim of the planned research project in cooperation with the TU Braunschweig is the development of a reliable modelling approach on the basis of hydrodynamic analogies, using the integration of experimental and theoretical research. The model will be verified by further fluid dynamical experiments and separation efficiency measurements. Using the hydrodynamic analogy approach enables the development of a model which is more efficient compared to conventional modelling techniques and has a broad range of application.

Start: 10/2010
End: 04/2014
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/19-1
Cooperation partner: TU Braunschweig
Investigation of multicomponent mass transfer and thermal diffusion in micro scale liquid-liquid extraction systems
This research project concentrates on the theoretical analysis of multicomponent mass transfer and thermal diffusion in micro scale liquid-liquid extraction systems. The focus of the analysis lies in the assessment of the influence of cross effects on the entire process behaviour. For this purpose two immiscible, layered liquid phases will be examined which will be guided either in a concurrent or countercurrent flow through a micro canal. Both ternary and quaternary mixtures under isothermal and non-isothermal conditions will be analysed.

Start: 03/2010
End: 05/2012
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding Reference Number: KE 837/16-1
Development of a novel membrane contactor comprising a heat exchanger
In cooperation with the company Makatec GmbH the Chair of Fluid Process Engineering develops a novel membrane contractor with an integrated a heat exchanger for applications in chemical engineering. The innovative development should facilitate simultaneous heat and mass transfer, especially in gas-liquid processes. The modelling will be capable of covering both - three dimensional device structures and the intensive interplay of the different transport phenomena.

Start: 02/2010
End: 10/2011
Funded by: AiF - Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Funding Reference Number: KF2363803OH0
Cooperation partner: www.makatec.eu
"F3 Factory": Flexible, Fast and Future Factory
F3 Factory (Flexible, Fast and Future Factory) is an EU-funded project with 25 project partners, who have set themselves three major targets: First of all to demonstrate the technical feasibility of the F3 concept at the technology centre and secondly to show that the F3 Factory style processes are considerable more economical, eco-efficient and sustainable than conventional processes in continuously operating world-scale plants or those in small and medium sized batch-plants. Additionally, advances in the joint development of modular “plug-and-play” technologies are targeted.

Within the scope of the project the chair of Fluid Process Engineering has the task to develop rigorous CFD-based methods for the description of coupled transport phenomena in two-phase flows in micro scale.

Start: 06/2009
End: 05/2013
Funded by: European Commission through its 7th Framework Programme (FP7)
Funding Reference Number: CP-IP 228867-2 F³ Factory
Cooperation Partners: 25 Partners in 9 countries
Development and optimization of a novel packing geometry
The objective of this work is to study the contribution of pressure drop mechanisms to the heat and mass transfer in structured packings. Based on the results a novel packing geometry can be developed. By using CFD methods the influence of the surface structure on the fluiddynamic is studied at micro- and macro-scale. The local distribution of turbulent eddy viscosity is estimated and used as an input parameter for the HA-model in order to take the gas-phase-turbulence at different locations into account. With the presented combined approach, the influence of the dissipation mechanisms on the packing separation efficiency can be studied.

Start: 05/2009
End: 05/2010
Funded by: BASF SE, internal fundings
Cooperation partner: BASF SE, Raschig GmbH, Dorstener Drahtwerke H.W. Brune & Co. GmbH
Study of the application of structured sandwich packings (partially flooded packings) process in order to increase the separation performance
The so-called sandwich packages, a further development of structured packings, are an innovation of filling material for distillation columns. According to initial researches the sandwich packing shows a 20 % higher separation effect compared to conventional packings. This means in future columns can be smaller and existing installations can be optimised.

The target of this project was to further our currently only rudimentarily existing knowledge about sandwich packages in order to prepare it for industrial applications. In addition to this models are developed experimentally for the specific research of hydrodynamic complex process and an optimised dimensioning of this type of packing.

Beginn: 10/2008
Ende: 01/2010
Funded by: AiF, funded by PRO INNO II
Funding reference number: KF0664901UL8
Cooperation partner: www.montz.de
Modelling of reactive absorption processes with the hydrodynamic analogies approach
Reactive absorption processes are very important for the purification of process gas flows. Our current interests are processes to separate carbon dioxide from exhaust gas flows from fossil operated generating plants. Because of their high specific separation performance and their fluiddynamic properties the application of structured packing in columns makes sense.

An appropriate method for the efficient layout and optimisation of these apparatus is the modelling according to the hydrodynamic analogies approach. In the scope of this project the application of relevant types of substances and of reactions will be operated in the existing system and thus being measured - inter alia by BASF SE - and verified by means of experimental data.

Start: 01/2008
End: 06/2013
Funded by: internal fundings
Coalescence
Within the scope of this project in cooperation with the TU Kaiserslautern coalescence experiments are carried out in a venture apparatus by means of a high speed camera and LIF measurements, taking the pH-value, ion type and concentration, drop size, direction of mass transport and turbulences into account, in order to quantify their influence on the efficiency of coalescence. For the support of the experimental researches a CFD model is developed, which takes the phenomena of mass transport and phase interface into account, for the place and time independent analysis and description of the hydrodynamics in the coalescence process. Furthermore the linkage of CFD and experiments provides a basis for the development of a physically sustained model for the description of the efficiency of coalescence and thus improving the conditions for the projection of technical extraction columns.

Start: 04/2007
End: 12/2009
Funded by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Funding reference number: KE 837/11-1
Cooperation partner: TU Kaiserslautern
Optimisation of a micro desorption geometry
In cooperation with Bayer Technology Services a CFD based model is developed for the determination of hydrodynamic and material transport within a micro stripper. Gas and liquid are separated by a porous membrane in counter current regime. Based on an experimentally validated model, strategies for optimisation regarding a higher separation performance are developed.

Start: 01/2007
End: 12/2008
Funded by: Bayer Technology Services, internal fundings
Cooperation partner: www.bayertechnology.com
ECOPHOS - Waste utilisation in phosphoric acid industry through the development of ecologically sustainable and environmentally friendly processes for a wide class of phosphorus-containing products
The EU-project ECOPHOS concentrated on new technologies for a cost-effective and ecologically sustainable production of phosphorus salts, phosphor containing acids, phosphoric acid and phosphates. The basic materials are compact waste materials from industrial production of phosphoric acid. A further target is the development of a new generation of phosphorus fertilisers.

At the Technical University of Dortmund Eugeny Kenig and Ulf Brinkmann were responsible for this project.

Start: 12/2005
End: 11/2008
Funded by: funded by the European Commission in the 6th supporting programme
Funding reference number: INCO-CT-2005-013359
Cooperation partner: 13 cooperation partners in 8 countries
Website: www.ecophos.org
PRISM – Towards Knowledge-Based Processing Systems
PRISM is a European programme within the “Marie Curie Research Training Network” (13 partners from 8 countries), which was funded with the aim to develop fully integrated model-based technologies for the chemical process engineering.

Start: 01/2005
End: 11/2008
Funded by: European Commission
Funding reference number: MRTN-CT-2004-512233
Cooperation partner: 13 cooperation partners in 8 countries
Website: http://www.cpi.umist.ac.uk/prism/home.asp
Contact

Chair of Fluid Process Engineering (FVT)
Faculty of Mechanical Engineering
Paderborn University
Pohlweg 55
D-33098 Paderborn


Prof. Kenig
Building E
Room E3.354
Phone: +49 (0)5251/60-2408
E-mail

Secretary
Building E
Room E3.359
Phone: +49 (0)5251/60-2422
Fax: +49 (0)5251/60-2183
E-mail

The University for the Information Society