Fachgebiet Technische Thermodynamik Prof. Dr.-Ing. habil. H.-J. Kretzschmar

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1 Fachgebiet Technische Thermodynamik Fachbereich MASCHINENWESEN Fachgebiet TECHNISCHE THERMODYNAMIK Forschungsbericht 2006 Dr.-Ing. I. Stöcker Hochschule Zittau/Görlitz (FH) Theodor-Körner-Allee Zittau Register-Nr.: D Diese Organisation wendet zur kontinuierlichen Verbesserung der Umweltleistung ein Umweltmanagementsystem nach der EG-Verordnung Nr. 761/2001 an, veröffentlicht regelmäßig eine Umwelterklärung, lässt das Umweltmanagementsystem und die Umwelterklärung von einem zugelassenen, unabhängigen Umweltgutachter begutachten, ist im EMAS-Register eingetragen und deshalb berechtigt, das EMAS-Zeichen zu verwenden. Kein Zugang für elektronisch signierte sowie für verschlüsselte elektronische Dokumente Hochschule Zittau/Görlitz (FH) Theodor-Körner-Allee Zittau Tel.: / Fax: / Web:

2 Fachgebiet: Technische Thermodynamik Forschungsgebiet: Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik Mitarbeiterin: Frau Dr.-Ing. I. Stöcker Externe Dipl.-Inf. St. Buchholz Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann Frau Dr.-Ing. K. Knobloch Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick Frau Dipl.-Übers. (FH) U. Smilowsky Studentische Hilfskräfte: S. Gießrau Th. Gubsch Frau N. Kießling T. Klette M. Markwardt S. Mieck M. Nimtz J. Pohle R. Preusche B. Salomo S. Seidel Frau Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne Dipl.-Inf. (FH) Th. Jaeger Frau. Dipl.-Ing. K. Kühne Dipl.-Inf. (FH) T. Mättig Frau Dipl.-Ing. (FH) I. Zwicker Überblick der Forschungsarbeiten Sechs Forschungsthemen wurden in der Forschungsgruppe Thermophysikalische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik () bearbeitet: - IAPWS-Projekt: Entwicklung von Zustandsgleichungen für thermodynamische Umkehrfunktionen von Wasser und Wasserdampf; Entwicklung eines Verfahren zur schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation; - EU-Projekt: Advanced Adiabatic Compressed Energy Storage (AA-CAES); - Entwicklung von Stoffwertprogrammen für Arbeitsfluide der Energietechnik und Bearbeitung von Industrieaufträgen; - Internetgestützte elearning-systeme Thermopr@ctice und ThermoLecture im Bildungsportal Sachsen; - Lehrbuch "Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik" und englischsprachiges Fachbuch "International Steam Tables". 2

3 1 Publikationen 1.1 Veröffentlichungen in Fachzeitschriften Kretzschmar, H.-J.; Cooper, J. R.; Dittmann, A.; Friend, D. G.; Gallagher, J.; Knobloch, K.; Mareš, R.; Miyagawa, K.; Stöcker, I.; Trübenbach, J.; Wagner, W.; Willkommen, Th.: Supplementary Backward Equations for Pressure as a Function of Enthalpy and Entropy p(h,s) to the Industrial Formulation IAPWS-IF97 for Water and Steam. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 128 (2006) S Kretzschmar, H.-J.; Cooper, J. R.; Dittmann, A.; Friend, D. G.; Gallagher, J.; Harvey, A. H.; Knobloch, K.; Mareš, R.; Miyagawa, K.; Okita, N.; Stöcker, I.; Wagner, W.; Weber, I.: Supplementary Backward Equations T(p,h), v(p,h), and T(p,s), v(p,s) for the Critical and Supercritical Regions (Region 3) of the Industrial Formulation IAPWS-IF97 for Water and Steam. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, eingereicht (2006) Kretzschmar, H.-J.; Cooper, J. R.; Gallagher, J.; Harvey, A. H.; Knobloch, K.; Mareš, R.; Miyagawa, K.; Okita, N.; Span, R.; Stöcker, I.; Wagner, W.; Weber, I.: Supplementary Backward Equations p(h,s) for the Critical and Supercritical Regions (Region 3) and Equations for the Two-Phase Region and Region Boundaries the IAPWS Industrial Formulation 1997 for Water and Steam. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, eingereicht (2006) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Seibt, D.; Kunick, M.: Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von feuchten Verbrennungsgasen, feuchter Luft und Absorptionskältemittelgemischen in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen. VDI-Berichte 1924 (2006) 1.3 Vorträge Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Seibt, D.; Kunick, M.: Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von feuchten Verbrennungsgasen, feuchter Luft und Absorptionskältemittelgemischen in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen. VDI-Tagung Fortschrittliche Energiewandlung und - anwendung, Leverkusen (2006) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Seibt, D.; Kunick, M.: Property Libraries for Working Fluids for Calculating Heat Cycles, Turbines, Heat Pumps, and Refrigeration Processes. 16th International Symposium on Thermophsical Properties, Boulder CO (2006) Knobloch, K.; Kretzschmar, H.-J.; Miyagawa, K.; Wagner, W.: Supplementary Backward Equations for the Industrial Formulation IAPWS-IF97 of Water and Steam for Fast Calculations of Heat Cycles, Boilers, and Steam Turbines. 16th International Symposium on Thermophsical Properties, Boulder CO (2006) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Seibt, D.; Kunick, M.: Berechnung der Stoffdaten von feuchten Verbrennungsgasen, feuchter Luft und Absorptionskältemittelgemischen in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden (2006) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Kunick, M.: Programmbibliotheken und Diagramme zur Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften von Kältemitteln und Absorptionskältemittelgemischen in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen. DKV-Jahrestagung, Dresden (2006) 3

4 Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Kunick, M.; Herrmann, S.: Stoffwert-Bibliotheken für Arbeitsfluide der Energie- und Kältetechnik. Ebsilon-Anwendertagung der Fa. Sofbid, Bensheim (2006) Kawalek, J.; Kretzschmar, H.-J.; Claus; T.: HWP-Projekt Kompetenzzentrum elearning. Leipzig (2006) Kretzschmar, H.-J.; Kawalek, J.; Jaeger, Th.; Kühne, K.; Riebeck, M.; Stark, A.: Das Zfe an der Hochschule Zittau/Görlitz (FH) - Erfahrungen bei der hochschulweiten Einführung von elearning. Mittweida (2006) 1.4 Fachbücher, Monographien Kretzschmar, H.-J.; Kraft, I.: Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag München, bearbeitet (2006) Wagner, W.; Kretzschmar, H.-J.: International Steam Tables. Springer-Verlag Berlin, bearbeitet (2006) 1.6 Forschungsberichte Kretzschmar, H.-J.; Vogel, E.; Ulbig, P.: D4.5 Recommendation for the Calculation of all Required Properties. EU Project Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (2006) Kretzschmar, H.-J.; Yan, J.; Ulbig, P.: D4.3 Report Evaluating Thermodynamic Property Models. EU Project Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (2006) 2. Forschungs- und Entwicklungsprojekte Die Forschungsarbeiten am Fachgebiet Technische Thermodynamik sind Bestandteil des Forschungsschwerpunkts "Kraftwerkschemie und Stoffdaten" innerhalb der Hauptforschungsrichtung "Energie" der Hochschule Zittau/Görlitz (FH) und gehören zur Forschungsprofillinie "Energie und Umwelt". Als wesentliches Ergebnis der Forschungsarbeiten wurde im Jahr 2006 das Verfahren zur Ermittlung von thermodynamischen Differentialquotienten als: "Advisory Note No. 3: Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations" der IAPWS zur Annahme als internationaler Standard eingereicht. Im Rahmen eines kooperativen Promotionsverfahrens mit der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden wird als gemeinsames Projekt mit Siemens PG Görlitz das Forschungsprojekt "Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation" bearbeitet. Im EU-Projekt "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AA-CAES)" wurde die Teilaufgabe "Thermophysical Properties of Humid Air" fertig gestellt. Im Jahr 2006 wurden 32 Aufträge von Partnern aus der Industrie zur Berechnung thermodynamischer Stoffwerte in energietechnischen Prozessmodellierungen bearbeitet. Innerhalb des Projekts "Bildungsportal Sachsen" wurde das internetgestützte Übungssystem "Thermopr@ctice" weiterentwickelt und das komplexe Lernsystem "Thermo- Lecture" für die Lehrveranstaltung Technische Thermodynamik konzipiert. 4

5 Das Lehrbuch "Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik" und das englischsprachige Fachbuch "International Steam Tables" wurden für den Fachbuchverlag Leipzig bzw. den Springer-Verlag Berlin bearbeitet. Projekt 1: IAPWS-Projekt: Entwicklung von Zustandsgleichungen für thermodynamische Umkehrfunktionen von Wasser und Wasserdampf - Entwicklung von ergänzenden Zustandsgleichungen für thermodynamische Umkehrfunktionen von Wasser und Wasserdampf im kritischen und überkritischen Gebiet als Ergänzung zum Industrie- Standard IAPWS-IF97 - Vorbereitung von Dokumenten zur Verabschiedung als internationale Industrie-Standards durch die IAPWS Frau Dr.-Ing. K. Knobloch, externe Promotionsstipendiatin Frau Dr.-Ing. I. Stöcker 1 stud. Hilfskraft Kooperationspartner: International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) TU Dresden, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, Prof. A. Dittmann Laufzeit: 01/2001 bis 12/2007 Bearbeitungsstand/Ergebnisse: Das Verfahren zur Ermittlung von thermodynamischen Differentialquotienten wurde als Advisory Note No. 3: Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations der IAPWS zur Annahme als internationaler Standard eingereicht. Projekt 2: Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation - Im Rahmen eines kooperativen Promotionsverfahrens mit der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden wird als gemeinsames Projekt mit Siemens PG Görlitz ein Verfahren zur schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation entwickelt. Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick, externer Doktorand Frau Dr.-Ing. I. Stöcker 1 stud. Hilfskraft Kooperationspartner: International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) Siemens PG Görlitz TU Dresden, Institut für Energietechnik, Prof. U. Gampe Laufzeit: 01/2006 bis 12/209 5

6 Bearbeitungsstand/Ergebnisse: Ausgehend von einer Analyse instationärer Prozessmodellierungen werden die Anforderungen an eine schnelle Stoffwertberechnung herausgearbeitet. Anschließend erfolgte die Auswahl und mathematische Aufbereitung von geeigneten Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Spline-Interpolation für die Stoffwertberechnung von reinen Fluiden. Projekt 3: EU-Projekt: "Advanced Adiabatic Compressed Energy Storage" (AA-CAES) - Am Fachgebiet Technische Thermodynamik wird innerhalb des EU- Projekts "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AA- CAES)" die Teilaufgabe "Thermophysical Properties of Humid Air" bearbeitet. - Aufgebaut wird eine Datenbank zur Sammlung aller verfügbaren Stoffwerte von feuchter Luft aus der Literatur. - Ausgehend von den im Rahmen des Projekts gemessenen Präzisionsdaten werden vorliegende Berechnungsmodelle evaluiert und die Entwicklung hochgenauer Stoffwertberechnungsalgorithmen für feuchte Luft vorbereitet. Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann, externer Mitarbeiter Drittmittelgeber: Europäische Union (Programm ENK 6) Kooperationspartner: Alstom Power, Rugby, Großbritannien Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig Universität Rostock, Lehrstuhl für Physikalische Chemie, Prof. Vogel Laufzeit: 10/2003 bis 12/2007 Bearbeitungsstand/Ergebnisse: - Die Datenbank mit experimentellen Stoffdaten von feuchter Luft wurde erweitert. - Die Vergleichsrechnungen verschiedener Algorithmen für die Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen von feuchter Luft wurden durchgeführt. - Zwei Veröffentlichungen wurden erarbeitet. Projekt 4: Entwicklung von Stoffwertprogrammen für Arbeitsfluide der Energietechnik und Bearbeitung von Industrieaufträgen - Entwicklung von Stoffwert-Programmbibliotheken für Arbeitsfluide der Energietechnik - Bearbeitung von Problemen der Bereitstellung thermodynamischer Stoffwerte im Auftrag von Unternehmen Frau Dr.-Ing. I. Stöcker, Frau Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne, externe Mitarbeiterin Dipl.-Inf. St. Buchholz, externer Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann, externer Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick, externer Mitarbeiter Frau Dipl.-Übers. (FH) U. Smilowsky, externe Mitarbeiterin 6

7 Drittmittelgeber: Laufzeit: 9 stud. Hilfskräfte Siemens PG Görlitz Siemens PG Berlin Enertech EUT Radebeul Caliqua Basel, Schweiz Atlas Stord, Dänemark ThyssenKrupp Kiel RWE Power Essen StoraENSO Eilenburg Weitere 18 Aufträge unbefristet Siemens PG Erlangen BASF Schwarzheide Redacom Nidau, Schweiz ETL Leipzig Nutec Engineering Bisikon, Schweiz Envicon Nürnberg Bearbeitungsstand/Ergebnisse: - Ingesamt wurden 32 Aufträge von Unternehmen im Jahr 2006 bearbeitet. - Die folgende Unterprogrammbibliothek LibAmWa zur Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften für das Absorptionskältegemisch Ammoniak-Wasser wurde fertig gestellt. Projekt 5: Internetgestützte elearning-systeme "Thermopr@ctice" und "ThermoLecture" - Weiterentwicklung des internetgestützten Übungssystems Thermopr@ctice zum interaktiven Berechnen von Übungsaufgaben - Entwicklung des komplexen Lernsystems ThermoLecture für das Fach Technische Thermodynamik für Fernstudien und für die Weiterbildung Kooperationspartner: Dr.-Ing. I. Stöcker Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne, externe Mitarbeiterin Dipl.-Ing. (FH) M. Weidner, externe Mitarbeiterin Dipl.-Inf. (FH) T. Mättig, externer Mitarbeiter Frau Dipl.-Übers. (FH) U. Smilowsky, externe Mitarbeiterin 6 Stud. Hilfskräfte Bildungsportal Sachsen Bearbeitungsstand/Ergebnisse: - Die nachhaltige Nutzung von Thermopr@ctice konnte durch die Integration in die Lehrveranstaltungen Technische Thermodynamik I und II sowie Kälte- und Wärmepumpentechnik für mehrere Studiengänge gesichert werden. - Die Erarbeitung des Konzeptes für das komplexe Lernsystem Thermolecture für das Fach Technische Thermodynamik wurde weitergeführt. 3. Forschungsrelevante Abschlussarbeiten der Studenten Diplomthema: Berechnung der thermodynamischen Zustandseigenschaften und Transporteigenschaften von feuchter Luft in energietechnischen Prozessmodellierungen Bearbeiter: Herr Herrmann, S., MM 02 Betreuer: Dr.-Ing. habil. P. Ulbig, Physikalisch Technische Bundesanstalt 7

8 Braunschweig (PTB) Auftraggeber: Alstom Power, Baden (Schweiz) Physikalisch Technische Bundesanstalt Braunschweig (PTB) Die Diplomarbeit wurde dem VDI-Bezirksverein Dresden zur Verleihung des Gustav-Zeuner-Preises 2006 eingereicht. 4. Verantwortliche Mitwirkung in Gremien ist Vorsitzender der Working Group "Thermophysical Properties of Water and Steam" der "International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS). 5. Betreuung von Promovenden Promotions- Gleichungen für thermodynamische Umkehrfunktionen von Wasser und Wasserdampf im thema: kritischen und überkritischen Zustandsgebiet für energietechnische Prozessberechnungen Bearbeiterin: Frau Dipl.-Ing. (FH) K. Knobloch Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. A. Dittmann, TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik Kooperatives TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen Promotions- und verfahren Hochschule Zittau/Görlitz (FH), Fachbereich Maschinenwesen Frau Dr.-Ing. K. Knobloch hat die Dissertation im Januar 2006 an der Fakultät Maschinenwesen der TU erfolgreich verteidigt. Frau Dr. Knobloch erhielt für ihre herausragende Arbeit den Hans-Joachim- Hildebrand-Preis 2006 der Hochschule Zittau/Görlitz (FH). Promotions- Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und thema: flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline- Interpolation Bearbeiter: Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick Betreuer: Prof. Dr.-Ing. U. Gampe, TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Energietechnik Kooperatives TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen Promotions- und verfahren Hochschule Zittau/Görlitz (FH), Fachbereich Maschinenwesen Herr Kunick erhielt für seine herausragende Diplomarbeit den Sonderpreis 2006 des Fördervereins der Hochschule Zittau/Görlitz (FH). 8