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

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1 Fachgebiet Technische Thermodynamik Fachbereich MASCHINENWESEN Fachgebiet TECHNISCHE THERMODYNAMIK Forschungsbericht 2007 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 2 Fachgebiet: Technische Thermodynamik Forschungsgebiet: Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick Externe Dipl.-Inf. St. Buchholz Dipl.-Inf. (FH) Th. Jaeger Frau Dr.-Ing. K. Knobloch Dipl.-Ing. (FH) M. Markwardt Dipl.-Ing. (FH) R. Preusche Frau BA R. Smith Studentische Hilfskräfte: Th. Gubsch M. Hempel Frau N. Kießling S. Mieck M. Nicke M. Nimtz Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann Frau Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne Frau. Dipl.-Ing. K. Kühne Dipl.-Inf. (FH) T. Mättig Dipi.-Ing. (FH) B. Salomo Überblick Die folgenden Forschungsthemen wurden in der Forschungsgruppe Thermodynamische Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik () bearbeitet: - IAPWS-Projekt: Advisory Note No. 3 Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations; Entwicklung eines Verfahrens zur schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline-Interpolation; - Entwicklung von Stoffwertprogrammen für Arbeitsfluide der Energietechnik und Bearbeitung von Industrieaufträgen. 1 Publikationen 1.1 Veröffentlichungen in Fachzeitschriften 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, 129 (2007) S 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 2

3 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, 129 (2007) S Vorträge Kretzschmar, H.-J.; Knobloch, K.; Miyagawa, K.; Harvay, A.H.; 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 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Seattle WA (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jaehne, I.; Herrmann, S.; Kunick, M.; Salomo, B.: Property Libraries for Working Fluids for Calculating Heat Cycles, Turbines, Heat Pumps, and Refrigeration Processes ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Seattle WA (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Wagner, W.; Fischer, S.: Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations. IAPWS Annual Meeting, Luzern (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Wagner, W.; Fischer, S.: Berechnung der thermodynamischen Differentialquotienten mit der Industrie- Formulation IAPWS-IF97 von Wasser und Wasserdampf in instationären Prozessmodellierungen. VDI Thermodynamik-Kolloquium, Rostock (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Hermann, S.; Kunick, M.: Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen und Transporteigenschaften von feuchten Verbrennungsgasen, feuchter Luft und Absorptionskältemittelgemischen in fortschrittlichen Energieumwandlungsprozessen. VDI Thermodynamik-Kolloquium, Rostock (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Jähne, I.; Kunick, M.; Herrmann, S.: Stoffwert-Bibliotheken für Arbeitsfluide der Energie- und Kältetechnik. Ebsilon-Anwendertagung der Fa. KETEK IT, Bensheim (2007) Kawalek, J.; Kretzschmar, H.-J.; Stark, A.; Riebeck, M.; Jaeger, T.: Etablierung eines Kompetenzzentrums für elearning an einer Fachhochschule - ein Erfahrungsbericht. Konferenz für E-Learning WEL 07, Leipzig (2007) 1.4 Fachbücher, Monographien Kretzschmar, H.-J.; Kraft, I.: Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik, 2. Auflage. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag München (2007) ISBN Kretzschmar, H.-J.: Kapitel 8 Technische Thermodynamik. In: Hering, E.; Modler, K.-H. Grundwissen des Ingenieurs, 14. Auflage. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag München (2007) ISBN Kretzschmar, H.-J.; Kraft, I.: Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik, 1. Auflage. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag München (2007) ISBN Forschungsberichte Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Salomo, B.: Property Library for Water and Steam, Calculated as Ideal Mixture of Real Fluids FluidLAB with LibIF97 for MATLAB. Zittau/Goerlitz University of Applied Sciences, Department of Technical Thermodynamics (2007) 3

4 4 Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Salomo, B.: Property Library for Humid Air, Calculated as Ideal Mixture of Real Fluids FluidLAB with LibHuAir for MATLAB. Zittau/Goerlitz University of Applied Sciences, Department of Technical Thermodynamics (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Salomo, B.: Property Library for Humid Combustion Gas Mixtures, Calculated as Ideal Mixture of Real Fluids FluidLAB with LibHuGas for MATLAB. Zittau/Goerlitz University of Applied Sciences, Department of Technical Thermodynamics (2007) Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Salomo, B.: Property Library for Combustion Gas Mixtures, Calculated from the VDI-Guideline 4670 FluidLAB with LibIDGAS for MATLAB. Zittau/Goerlitz University of Applied Sciences, Department of Technical Thermodynamics (2007) 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 2007 die in Zittau erarbeitete: "Advisory Note No. 3: Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations" durch die IAPWS als internationaler Standard angenommen. 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 Nachgang des EU-Projekts "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage" AA- CAES wurden zwei Veröffentlichungen erarbeitet. Im Jahr 2007 wurden 33 Aufträge von Partnern aus der Industrie zur Berechnung thermodynamischer Stoffwerte in energietechnischen Prozessmodellierungen bearbeitet. Für den Fachbuchverlag Leipzig wurden die Broschüre "Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik" und das Kapitel Technische Thermodynamik im Kompendium "Grundwissen des Ingenieurs" bearbeitet. Das Fachbuch "International Steam Tables" wurde im Auftrag des Springer-Verlags erarbeitet. Projekt 1: IAPWS-Projekt: Thermodynamische Differentialquotienten von Wasser und Wasserdampf Kooperationspartner: International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Thermodynamik, Prof. W. Wagner Laufzeit: 01/2001 bis 09/2008 4

5 5 Das Verfahren zur Ermittlung von thermodynamischen Differentialquotienten wurde durch die IAPWS als Advisory Note No. 3: Thermodynamic Derivatives from IAPWS Formulations als internationaler Standard angenommen. 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 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 12/2009 Ausgehend von einer Analyse instationärer Prozessmodellierungen wurden 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) Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann, externer Mitarbeiter Drittmittelgeber: Europäische Union (Programm ENK 6) Kooperationspartner: Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Thermodynamik, Prof. R. Span Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Dr. P. Ulbig Universität Rostock, Lehrstuhl für Physikalische Chemie, Prof. E. Vogel Laufzeit: 10/2003 bis 12/ Zwei Veröffentlichungen wurden erarbeitet. Projekt 4: Entwicklung von Stoffwertprogrammen für Arbeitsfluide der Energietechnik und Bearbeitung von Industrieaufträgen 5

6 6 - Entwicklung von Stoffwert-Programmbibliotheken für Arbeitsfluide der Energietechnik - Bearbeitung von Problemen der Bereitstellung thermodynamischer Stoffwerte im Auftrag von Unternehmen, Dipl.-Inf. St. Buchholz, externer Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) S. Herrmann, externer Mitarbeiter Dipl.-Inf. (FH) Th. Jaeger, externer Mitarbeiter Frau Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne, externe Mitarbeiterin Frau. Dipl.-Ing. K. Kühne, externe Mitarbeiterin Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick, externer Mitarbeiter Frau BA R. Smith, externe Mitarbeiterin 4 stud. Hilfskräfte Drittmittelgeber: Laufzeit: AUDI Ingolstadt TÜV Nord Hamburg VER Dresden Siemens Duisburg Alstom Rugby, GB SAAS Possendorf AGO Kulmbach Tissue Mannheim AWECO Neukirch Weitere 14 Aufträge unbefristet Egger Wismar CES-TEC Mönchengladbach Enthal Haustechnik Rees Grenzebach BSH Bad Hersfeld Ingenieurbüro Reichel Haan Voith Bayreut Dometic Siegen NETL, USA AL-KO Jettingen - Ingesamt wurden 32 Aufträge von Unternehmen im Jahr 2007 bearbeitet. - Die Anbindung der Stoffwert-Programmbibliotheken an das Computer- Algebrasystem MATLAB wurde realisiert. - Die Stoffwert-Programmbibliotheken für Wasser und Wasserdampf, feuchte Luft und für feuchte Verbrennungsgasgemische wurden erweitert. 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: Frau Dipl.-Inf. (FH) I. Jähne, externe Mitarbeiterin Frau Dipl.-Ing. (FH) M. Weidner, externe Mitarbeiterin Dipl.-Inf. (FH) T. Mättig, externer Mitarbeiter 1 Stud. Hilfskraft Bildungsportal Sachsen 6

7 7 - 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 mthema: ung der thermodynamischen Stoffeigenschaften von Kohlendioxid/Wasser-Gemischen für die Modellierung von Energieumwandlungsprozessen mit CO 2 - Abscheidung Bearbeiter: B. Salomo, ME 03 Betreuer: Dipl.-Ing. M. Klatt, TU Cottbus, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik Auftraggeber: AUDI AG Ingolstadt 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 Promotionsthema: Bearbeiter: Betreuer: Kooperatives Promotionsverfahren: Instationäre Berechnung von Dampfturbinenprozessen auf der Grundlage einer schnellen und flexiblen Stoffwertberechnung mit Spline- Interpolation Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick Prof. Dr.-Ing. U. Gampe, TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Energietechnik TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen und Hochschule Zittau/Görlitz (FH), Fachbereich Maschinenwesen 7