Simulationen für nachhaltige Energiewende
TU Darmstadt im Verbund europäischer Spitzenforschungs-Einrichtungen
05.11.2020
An dem von der Europäischen Kommission mit 5,6 Millionen Euro geförderten neuen Projekt „Center of Excellence in Combustion” (CoEC) sind die Fachgebiete „Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme“ und „Energie- und Kraftwerkstechnik“ vom Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt beteiligt. Koordiniert wird der Forschungsverbund von elf Partnern aus acht Ländern vom Barcelona Supercomputing Center.
Turbulente Verbrennung synthetischer Brennstoffe unter technisch-relevanten Bedingungen
Verbrennungsprozesse sind durch die komplexe Interaktion der turbulenten Strömung und chemischen Reaktionen charakterisiert. An diesem Beispiel (siehe Bild) wird gezeigt, wie mit hochauflösenden Simulationen dieses dreidimensionale und instationäre Wechselspiel detailliert analysiert werden kann. In Kombination mit laserdiagnostischen Untersuchungen können aus diesen fundamentalen Erkenntnissen Modelle abgeleitet werden, die für Simulationen realer technischer Systeme (Gasturbinen, Flugzeugtriebwerke) eingesetzt werden.
Diese Zusammenspiel aus High-Performance Computing und experimentellen Untersuchungen mit modernster Laserdiagnostik ist auch der Schlüssel zum Verständnis der Verbrennung von Wasserstoff oder anderer kohlenstofffreier Energieträger.
Mit dem Europäischen Green Deal hat sich die Europäische Union zum Ziel gesetzt, ihre Energie- und Transport-Systeme auf Klimaneutralität auszurichten. Um dies auch in Verbrennungsprozessen zu ermöglichen, sind neue innovative Konzepte im industriellen Maßstab erforderlich. Hierfür ist die Verwendung von computergestützten Simulationen unabdingbar, da sie Einblicke in die Verbrennung geben, welche mit Experimenten nicht zu erreichen sind. Solche Simulationen sind jedoch sehr aufwendig und erfordern neue Modelle, um zum Beispiel die CO2-neutrale Wasserstoff-Verbrennung oder Ruß-Bildung effizient simulieren zu können. Hier setzt das bis Herbst 2023 laufende CoEC-Projekt an und bündelt die Erfahrungen der elf Projektpartner im Bereich Verbrennungssimulationen.
In dem Projekt sollen die bisherigen Simulations-Ansätze und -Methoden weiterentwickelt werden, um die wachsende Rechenkapazität von Supercomputern, die in naher Zukunft die Grenze von einem ExaFlop überschreiten wird, ausnutzen zu können. Um die Codes und Modelle zu validieren und die Möglichkeiten von „Exacomputing“ auszuloten, sind ebenso anspruchsvolle Demonstrator-Simulationen vorgesehen.
Ziel: klimaneutralen Verbrennungssysteme
Die neuen Erkenntnisse und die Software sollen später an Industrie und Forschung weitergegeben werden, um die Entwicklung von schadstoffarmen und klimaneutralen Verbrennungssystemen zu ermöglichen.
Dem Verbund gehören neben der TU Darmstadt das Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS), die RWTH Aachen, die TU Eindhoven, die University of Cambridge, das Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), die ETH Zürich, die Aristotle University of Thessaloniki, das Forschungszentrum Jülich und das National Center for Supercomputing Applications an.
has/feu
