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Energiespeicher: 100-mal besser Wärme leiten mit Flüssigmetall

Weltweit erster Hochtemperatur-Wärmespeicher mittels Flüssigmetalltechnologie hat Potenzial für Defossilisierung der Industrie.

Weitere Informationen auch im aktuellen Themenhighlight „Energiespeicherung: Heiß ist die Hoffnung“

Weitere Informationen zum Karlsruher Flüssigmetalllabor (KArlsruhe Liquid Metal LAboratory, KALLA)

In der Zeitschrift Fusion Engineering and Design wurde der Artikel "Numerical and experimental analysis of magneto-convective flows around pipes" veröffentlicht.
Details: Für Anwendungen in zukünftigen Fusionskraftwerken spielen flüssige Metalle als Brutmaterial und Kühlmittel eine wichtige Rolle. Der Artikel untersucht den Einfluss von thermoelektrischen Effekten auf Messungen der elektrischen Potentialverteilung in magneto-konvektiven Strömungen.

In der Zeitschrift International Journal of Multiphase Flow wurde der Artikel "Subcooled forced convection boiling flow measured using high-resolution techniques at the COSMOS-L facility and accompanying CFD simulation employing an interface-tracking scheme" von F. Kaiser; Y. Sato und St. Gabriel veröffentlicht.

Auf der Veranstaltung des DVGW am 12. und 13. März, DVGW Kongress GmbH: Wasser, die sich intensiv mit dem Thema "Resilienz und Versorgungssicherheit in der öffentlichen Wasserversorgung" auseinandersetzt, wird Dr. S. S. Ottenburger (Leiter der Abteilung RESIS) einen Vortrag mit dem Titel "Mehr Resilienz durch den Einsatz digitaler Zwillinge" halten. Vor dem Hintergrund sich abzeichnender Herausforderungen und neuer Risiken für die Wasserversorgung in einer Ära von Transformation und Klimawandel wird die Schlüsselrolle digitaler Zwillinge erläutert: Ein zielgerichteter Einsatz digitaler Zwillinge ermöglicht es, nachhaltige Maßnahmen zur Erhöhung der Resilienz von Wasserversorgungssystemen zu identifizieren.

Wir trauern um unseren Kollegen und Freund, Prof. Dr.-Ing. Robert Stieglitz, der unerwartet verstorben ist. Das Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) kann auf einen langen gemeinsamen Weg mit Robert Stieglitz zurückblicken, der bereits im Januar 1991 begann, als er in das damals noch „Institut für Angewandte Thermo- und Fluiddynamik“ genannte Institut eintrat und an dem er im Jahr 1994 mit dem Thema „Magnetohydrodynamische Strömungen in Ein- und Mehrkanalumlenkungen“ promovierte.

Das EU-Projekt RISEnergy (Research Infrastructure Services for Renewable Energy) startet am 1. März 2024. In dem Projekt können insgesamt 84 Infrastrukturen für Erneuerbare Energietechnologien von europäischen und außereuropäischen Forschenden genutzt werden. Darunter ist auch das Karlsruher Flüssigmetalllabor, an dem an Hochtemperatur-Wärmespeichern geforscht wird.

In der Zeitschrift IEEE Transactions on Plasma Science wurde der Artikel "Geometric optimization of electrically coupled liquid metal manifolds for WCLL blankets" von Leo Bühler und Chiara Mistrangelo veröffentlicht.

Details: Für Anwendungen in zukünftigen Fusionskraftwerken spielen flüssige Metalle als Brutmaterial und Kühlmittel eine wichtige Rolle. In dem Artikel werden elektrisch gekoppelte magnetohydrodynamische Strömungen in den Verteilern eines wassergekühltes Testblankets für ITER untersucht und deren Geometrie so optimiert, dass alle Bruteinheiten gleichmäßig durchströmt werden.

In der Zeitschrift IEEE Transactions on Plasma Science wurde der Artikel "MHD flows in curved pipes under a non-uniform magnetic field" von Chiara Mistrangelo und Leo Bühler veröffentlicht.
Detail: Für Anwendungen in zukünftigen Fusionskraftwerken spielen flüssige Metalle als Brutmaterial und Kühlmittel eine wichtige Rolle. Der Artikel untersucht Strömungen flüssiger Metalle in Doppelkrümmern, wie sie im Shieldblock hinter dem wassergekühlten Testblanket in ITER vorgesehen sind. Bemerkenswert sind hohe Geschwindigkeiten in dünnen internen Scherschichten um einen langsamen Strömungskern herum.

In der Zeitschrift Fusion Engineering and Design wurde der Artikel "Liquid metal MHD research at KIT: Fundamental phenomena and flows in complex blanket geometries" veröffentlicht.
Detail: Für Anwendungen in zukünftigen Fusionskraftwerken spielen flüssige Metalle als Brutmaterial und Kühlmittel eine wichtige Rolle. Der Artikel gibt einen Überblick über ein breites Spektrum von magnetohydrodynamischen Untersuchungen am ITES im Bereich der Grundlagenforschung und für Anwendungen im relevanten Parameterbereich in Fusionsblankets.

Bei der Wärmespeicherung mit Flüssigmetallen bei Temperaturen über 600 °C besteht eine der Herausforderungen darin, kompatible Materialien und Komponenten zu entwickeln. Deshalb bauen wir derzeit einen neuen Prüfstand für den Test von Komponenten in Hochtemperatur-Flüssigmetall auf. Diese Arbeiten sind Teil des vom BMWK geförderten Projekts LIMELISA in Zusammenarbeit mit dem DLR und der Firma KSB. Das Paper fasst das Design dieses Kreislaufs zusammen.

Die Abteilung RESIS hat vom 25. bis 27. September an der Tbilisi State University in Georgien einen Transfer-Workshop unter dem Titel "Resilience & Sustainability - KI-basierte Frühwarnsysteme für die Sicherheit von Staudämmen" abgehalten.

Im Mittelpunkt dieser Veranstaltung stand die Vorstellung eines Demonstrators für ein Frühwarnsystem, das auf einem tieferen Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Wasserpegel, meteorologischen Daten und Seismizität basiert. Dieses System ermöglicht robuste Vorhersagen hinsichtlich der Verformung von Staudämmen. Wesentliche  Ergebnisse wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten DAMAST-Projekts erzielt.

Klarissa Niedermeier, Franziska Müller-Trefzer und Thomas Wetzel haben den „best poster award“ auf der Heat Powered Cycles Conference 2023, 3.-6. September 2023, in Edinburgh für ihre Arbeit zu “Liquid Metals as Heat Transfer Fluids for High-Temperature Heat Storage” gewonnen.

Die Abteilung H2 hat im September auf der „International Conference on Hydrogen Safety“ in Québec die folgenden 3 Vorträge gehalten:

- Experimental investigation of hydrogen-air flame propagation in fire extinguishing foam
- Liquid hydogen evaporation above four different substrates
- Modelling the non-adiabatic blowdown of pressurised cryogenic hydrogen storage tank

Der Leiter der Abteilung H2 ist Prof. Dr.-Ing. Thomas Jordan.

Mehr Informationen finden Sie auf der Abteilungsseite.

Beim IHK- Workshop "Aus der Forschung in die Praxis: Prozesswärme und Sektorkopplung für Unternehmen" (2023) im Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal am 22.06.2023 haben Herr Dr. Dietmar Kuhn /ITES und Herr Dr. Joachim Fuchs /INR den Vortrag "Nutzung von Abwärme in der Industrie" vor einem interessierten Publikum gehalten.

Die städtische Versorgung mit Gütern und Energie in Zukunft

Ralf Caspary spricht im Science Talk mit Dr. Sadeeb Simon Ottenburger. Er leitet die Abteilung "Resiliente und Smarte Infrastruktursysteme" am Karlsruher Institut für Technologie.

Wie lassen sich kritische Infrastrukturen nachhaltig und widerstandsfähig gestalten? Dr. Sadeeb Simon Ottenburger erforscht, wie sich mögliche Gefahren abwehren lassen.

Ob bei der Versorgung mit Elektrizität oder Lebensmitteln – die Verbraucher verlassen sich auf sichere Infrastrukturen, die sie mit Gütern und Dienstleistungen versorgt. Dabei ermöglicht die zunehmende Digitalisierung eine flexible Steuerung der Versorgungssysteme. Sie erhöht aber auch die Anfälligkeit für Störungen und Angriffe.

In der Zeitschrift Heat and Mass Transfer wurde der Artikel "Magneto-convective flows around two differentially heated cylinders" von Chiara Mistrangelo, Leo Bühler, Cyril Courtessole, Viktor Klüber und Christina Köhly veröffentlicht.

Detail: Mit Hilfe numerischer Simulationen wird der Flüssigmetall-Wärmeübergang an umströmten, beheizten und gekühlten Rohren unter der Einwirkung starker Magnetfelder untersucht. Die Simulationen unterstützen eine experimentelle Kampagne, die im MEKKA-Labor des KIT durchgeführt wurde.

In der Zeitschrift Fusion Engineering and Design wurde der Artikel "Towards the simulation of magnetohydrodynamic flow in an entire water-cooled  test blanket module mock-up" von Chiara Mistrangelo, Leo Bühler, Viktor Klüber und Christina Köhly veröffentlicht.

Detail: Im Rahmen der Forschungsarbeiten in EUROfusion zu Brut-Blankets für zukünftige Fusionsreaktoren wird ein wassergekühltes Blei-Lithium-Blanket als Referenzdesign betrachtet, das im  International Thermonuclear Experimental Reactor ITER getestet und in einem DEMO-Reaktor verwendet werden soll. Ziel ist es, die Flüssigmetall-Strömung in einer komplexen vollständigen Blanket-Geometrie mit allen Bruteinheiten und Strömungsverteilern numerisch zu simulieren.

In der Zeitschrift Fusion Engineering and Design wurde der Artikel "Design of a scaled mockup of the water-cooled  test blanket module for magnetohydrodynamic experiments in liquid metal manifolds and breeder units" von Christina Köhly, Leo Bühler und Cyril Courtessole veröffentlicht.

Detail: In dem Artikel wird das Design eines skalierten Modellexperiments vorgestellt, mit dem magnetohydrodynamischen Flüssigmetall-Strömungen in einem Test-Blanket-Modul für den International Thermonuclear Experimental Reactor ITER im MEKKA Labor des KIT untersucht werden sollen. Die geplanten Experimente werden zu einem besseren Verständnis des Strömungsverhaltens und zur Optimierung des Blanket-Designs für ITER beitragen.

Thermische Stratifizierung kann in Kernreaktoren unter kritischen Bedingungen zum Versagen sicherheitsrelevanter Bauteile führen. Ein effizienter POD-ROM Code soll Vorhersagen über die Flüssigmetallströmung in der komplexen Reaktorgeometrie liefern. In dem Artikel "Simulation of stratification phenomena with a spectral Fourier–Chebyshev method on the background of a lead-cooled fast reactor" in der Zeitschrift Annals of Nuclear Energy wurde ein selbst entwickelter Spektralcode vorgestellt, mit dem der schnellere POD-ROM Code kalibriert werden kann. Seine Effizienz und hohe Genauigkeit wurden am Beispiel von Rayleigh-Bénard-Konvektion verifiziert.
Daxiao Liu, Philipp Marthaler, Andreas Class, Andreas und Long Gu

Dreidimensionale magnetohydrodynamische Phänomene in Kreisrohrströmungen

Die Berechnung von Flüssigmetallströmungen in Magnetfeldern für Anwendungen in der Fusionstechnologie erfordert besondere numerische Verfahren und Diskretisierungsmethoden, um auch bei stärksten Magnetfeldern noch zu genauen Ergebnissen zu kommen. Die im Rahmen der Dissertation  weiterentwickelten Modelle kommen auf Hochleistungsrechnern zum Einsatz und liefern Einblicke in Phänomene, die mit analytischen oder experimentellen Methoden sonst nicht zugänglich wären. Wir gratulieren Herrn Klüber zur bestandenen Doktorprüfung an der Fakultät für Maschinenbau des KIT.

Im Rahmen des "33rd (Virtual) Meeting of the German CFD Network of Competence" vom 22.-23. März 2022 in Garching wurde der Vortrag: "Verbrennungsversuche mit homogenen und Gradienten-H2-CO-Luft-Gemischen in halbgeschlossenen Geometrien" von A. Friedrich, G. Necker, M. Moore, J. Grune, M. Kuznetsov und T. Jordan von Herrn Andreas Friedrich via Internet gehalten. Die Arbeiten wurden über den Projektträger GRS mit Finanzierung durch das BMWi am ITES durchgeführt.

Klarissa Niedermeier, Martin Lux, Markus Daubner, Franziska Müller-Trefzer und Thomas Wetzel aus der Abteilung "KALLA" erhielten für die Präsentation eines Posters mit dem Titel "A test rig for component testing for high-temperature thermal energy storage with liquid metals“ auf dem Eurotherm Seminar "Innovative solutions for thermal energy storage deployment", in Lleida, Spanien, vom 24.05.2023 – 26.05.2023 einen „Poster communication award“.
Am KALLA untersuchen wir u.a. Flüssigmetalle als Wärmeträger für die Wärmespeicherung.

Lorenz Weber, Stephan Gabriel und Andreas Class aus der Abteilung "Framatome Professional School" veröffentlichten ihren Artikel "On the statistical evaluation of bubbly flows using Voronoi cells grouped in clusters with fixed cell count" in der Zeitschrift Physics of Fluids.

Bereits seit über einem Jahr unterstützen Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die ukrainischen Behörden beim Thema nukleare Sicherheit. Das Team um Sadeeb Simon Ottenburger liefert Entscheidungsunterstützung für den Fall, dass es in einem der vier Kernkraftwerke im vom Krieg erschütterten Land zu einem Schaden kommt.