Im Rahmen des Horizon 2020-Projekts DESOLINATION wurde eine neue Studie mit dem Titel “Experimentelle und numerische Studie eines superkritischen CO₂-Kühlers” wurde auf der 6th European Conference on Supercritical CO₂ (sCO₂) for Energy Systems vorgestellt, die vom 9. bis 11. April 2025 in Delft, Niederlande, stattfand.
Die Forschung, geleitet von LUT Universität in Zusammenarbeit mit TEMISTH, erhielt die Auszeichnung für das beste Papier auf der Konferenz in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Qualität und Relevanz.
Untersuchung der PCHE-Leistung in überkritischen CO₂-Energiekreisläufen
Die Studie konzentriert sich auf die thermohydraulische Leistung eines Wärmetauscher mit gedruckter Schaltung (PCHE) Betrieb mit überkritisches Kohlendioxid (sCO₂) - eine Arbeitsflüssigkeit, die das Herzstück des innovativen Kraftwerks von DESOLINATION ist. PCHEs sind eine kompakte und hocheffiziente Lösung, die sich für die extremen Bedingungen sCO₂-basierter Energiesysteme eignet, wie sie beispielsweise in Concentrated Solar Power (CSP) und Entsalzungstechnologien integriert sind.
Mit einer Kombination aus experimentelle Prüfung and numerische Strömungsmechanik (CFD), bewertete das Team die Wärmeübertragungs- und Druckverlusteigenschaften von sCO₂, das durch PCHE-Mikrokanäle fließt. Die Studie zielte auf die pseudokritische Region, wobei CO₂ schnelle Eigenschaftsschwankungen aufweist, die die Wärmeübertragung verbessern, aber die Vorhersage von Modellen erschweren.
Unterstützung der Ziele von DESOLINATION
Diese Arbeit trägt direkt zum Ziel von DESOLINATION bei, eine effizientes, solarbetriebenes Entsalzungssystem durch die Verbesserung der Leistungsvorhersage und des Designs von Schlüsselkomponenten im sCO₂-Stromkreislauf. Insbesondere bietet es validierte Werkzeuge und Erkenntnisse, die für die Integration von hocheffiziente Wärmetauscher in die künftige Demonstrationsanlage des Projekts.
Authors: Giuseppe Petruccelli, Teemu Turunen-Saaresti, Damien Serret, Aki Grönman, Aurélien Conrozier und Amir Momeni Dolatabadi.
Wesentliche Ergebnisse
- Experimentelle Daten wurden unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen in der transkritischen CO₂-Versuchsanlage der Universität LUT gesammelt, was einen wertvollen Maßstab für die Validierung von numerischen Modellen darstellt.
- The CFD-Simulationen, die das Verhalten des realen Gases und das k-ω-Turbulenzmodell von SST berücksichtigt, zeigte eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Druckverlusten und Austrittstemperaturen.
- A neue Reibungsfaktor-Korrelation wurde aus den experimentellen Ergebnissen abgeleitet. Sie berücksichtigt die Oberflächenrauheit und erreicht eine Vorhersagegenauigkeit von ±10% der gemessenen Werte - ein wichtiger Fortschritt gegenüber bestehenden Korrelationen.
- Die Studie ergab auch, dass häufig verwendete Wärmeübergangskorrelationen neigen dazu die Leistung unterschätzen in Mikrokanalströmungen mit hoher Reynoldszahl, sCO₂, was den Bedarf an maßgeschneiderten Prognosemodellen unterstreicht.
Anerkennung der Konferenz
Die 6. Europäische sCO₂-Konferenz brachte über 100 Experten aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um die neuesten Innovationen in der sCO₂-Technologie zu diskutieren. Neben den technischen Sitzungen stand DESOLINATION auch im Mittelpunkt der Grundsatzrede am Freitagmorgen von Dr. Gioele Di Marcoberardino (UNIBS), in dem die allgemeinen Ziele des Projekts und die bisherigen Fortschritte vorgestellt wurden.
🏆 Das Papier erhielt den Auszeichnung für das beste Papier auf der Konferenz verliehen und damit die Qualität und Relevanz der Forschung für die internationale Forschungs- und Ingenieurgemeinschaft gewürdigt. Diese Anerkennung unterstreicht den Beitrag von DESOLINATION zur Förderung des Verständnisses auf Komponentenebene, das für die Entwicklung integrierter solarbetriebener Entsalzungssysteme entscheidend ist.
🔬 Das DESOLINATION-Konsortium gratuliert den Autoren - Giuseppe Petruccelli, Teemu Turunen-Saaresti, Damien Serret, Aki Grönman, Aurélien Conrozier und Amir Momeni Dolatabadi - für diese wohlverdiente Anerkennung und für ihren wertvollen Beitrag zur Zukunft nachhaltiger Energie- und Wassersysteme.
