Sonderforschungsbereich 238


Projektmitglieder



Einführung

Entwicklung des Sonderforschungsbereiches

Im Jahre 1985 fanden sich Wissenschaftler aus den Fachdisziplinen Elektrotechnik, Verfahrenstechnik und Regelungstechnik zusammen, um an der neugegründeten Technischen Universität Hamburg-Harburg einen DFG-Sonderforschungsbereich mit dem Titel
"Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme"
zu etablieren. Die Themenstellung beschreibt bereits die beiden Tätigkeitsfelder des SFB: einerseits sollten neue prozeßnahe Meßtechniken für Mehrphasenreaktoren entwicklt werden, andererseits war daran gedacht, das stationäre und dynamische Betriebsverhalten solcher Systeme zu beschreiben und damit Grundlagen für deren Auslegung und technischen Betrieb zu schaffen. Als Forschungsobjekte im Bereich der Mehrphasenreaktoren wurden dabei auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik die zirkulierende Wirbelschicht und im Bereich der Biotechnologie der Bio-Turmgasreaktor ausgewählt.

Der Sonderforschungsbereich wurde 1986 für eine erste dreijährige Förderperiode eingerichtet. Eine zweite Förderperiode folgte von 1989-1990 und eine dritte von 1991-1993. Heute befindet sich der SFB 238 in seiner vierten Förderperiode(1994-1996) und umfaßt 16 Teilprojekte, an denen Wissenschaftler aus den Fachrichtungen Verfahrens- und Energietechnik, Biotechnologie, Physik,Elektrotechnik und Informatik arbeiten.

Der SFB hat in den zurückliegenden Förderperioden eine kontinuierliche Entwicklung durchlaufen. Zu Beginn der Tätigkeit lag der Schwerpunkt im Bereich der Meßtechnik.
Mit zunehmender Zahl der Ergebnisse auf diesem Gebiet wurden dann Arbeiten im Bereich der Modellbildung und mathematischer Simulation begonnen, die durch Messungen mit den neu entwickelten Techniken an Labor- und Pilotanlagen unterstützt wurden. Das vertiefte Verständnis der untersuchten Mehrphasensysteme führte zur Definition weiterer meßtechnischer Problemstellungen. Heute liegt ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit des SFB auf dem Gebiet der Optimierung des Betriebsverhaltens und der Entwicklung von Regelungskonzepten für Mehrphasenprozesse.

Forschungskonzept

Die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 238 durchgeführten Arbeiten sind in die drei Projektbereiche gegliedert. Ausschlaggebend für die Wahl dieses Konzeptes war die Überzeugung, daß für die Erfassung der charakteristischen Größen von technischen Mehrphasenprozessen neuartige Meßprinzipien und Sensoren entwickelt werden müssen. Diese Sensoren sollen dann in Form vernetzter Meßsysteme neue Einsichten in den Ablauf derartiger Prozesse liefern und dadurch die Grundlage für die Auslegung und dynamische Simulation von Mehrphasenprozessen und die Entwicklung von Regelungskonzepten bilden.

Der Projektbereich A befaßt sich schwerpunktmäßig mit dem ersten Glied der Meßkette, dem Sensor. Neben der Optimierung des neuen Meßprinzips stehen hier vor allem Konstruktion und Anpassung des Signalgebers an die besonderen Bedingungen des Mehrphasenprozesses im Vordergrund.

Bei vielen Meßverfahren sind die interessierenden Prozeßkenngrößen nur indirekt über eine Aufbereitung der unmittelbaren Meßgrößen zu gewinnen, d.h. das Meßsystem besteht sowohl aus einer Realisierung bestimmter Meßprinzipien als auch einer komplexen Auswertung oder Interpretation der erhaltenen Meßgrößen. Im Projektbereich C werden komplexe Meßsysteme behandelt, bei denen erst aus der Verknüpfung eines oder einer Vielzahl von Sensorsignalen mit einer entsprechenden Signalaufbereitung die prozeßrelevante Information gewonnen wird. Beispielhaft sei hier die rechnergestützte Bildauswertung genannt.

Im Projektbereich B werden systemtechnische Grundlagen von technisch bedeutsamen Mehrphasenprozessen erarbeitet. Ausgewählt wurden der Biogasreaktor und die Wirbelschicht als typische Gas/Feststoff/Flüssigkeit- bzw. Gas/Feststoff-Systeme. In den hier behandelten Projekten geht es vor allem um die Erarbeitung systemdynamischer Modelle, die letztlich als Grundlage für die Erarbeitung von Regelungskonzepten dienen sollen. Als prozeßtechnische Basis verfügt der Sonderforschungsbereich über einen Biogasturmreaktor im Pilotmaßstab, eine Feuerung mit zirkulierender Wirbelschicht im Technikumsmaßstab sowie einen Wirbelschichtreaktor für die Olefinsynthese auf der Basis von Methanol. Außerdem haben die Wissenschaftler des Sonderforschungsbereiches Zugang zu einem Industrie-Heizkraftwerk, in dem Messungen an einem Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht-Feuerung durchgeführt werden.


Referenzen

Forschungsvorhaben:

Projektbereich A: Sensoren und Meßprinzipien
Projektbereich C: Meßsysteme
Projektbereich B: Prozesse und Anwendungen

Übersichtstabelle über die Forschungsprojekte



Teilprojekte Thema des Teilprojektes Teilprojektleiter
A1 Faseroptischer Partikelsensor für erhöhte Umgebungstemperaturen Prof. Dr. R. Ulrich
A15 Mikrowellensensor zur ortsaufgelösten Messung von Partikelkonzentrationen im Hochtemperaturbereich Prof. Dr.-Ing. R. Knöchel
A16 On-line-Messung von Gas-Feststoff-Suspensionsströmungen Prof. Dr.-Ing. H. Singer
A17 Selektivitätsbeeinflussung von ZnO-Gassensoren durch plasmapolymerisierte Membranen in chemischen und biochemischen Reaktoren Prof. Dr.-Ing. habil. J. Müller
C3 Entwickelung eines On-line-Probenahmemoduls für mehrphasige Bioreaktoren Prof. Dr.-Ing. G. Brunner
C6 Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden zum Flammenmonitoring und zur Flammenregelung Prof. Dr.-Ing. H. Burkhardt
C7 Halbleiterbildsensor als Ortsfiltersonde zur Partikelgeschwindigkeitsmessung in Wirbelschichtsystemen bei hohen Temperaturen Prof. Dr. O. Fiedler
C8 Einsatz der digitalen Bildauswertung zur Analyse lokaler Strukturen in zirkulierenden Wirbelschichten Prof. Dr.-Ing. H. Burkhardt
C9 Massenspektrometrische On-line-Analyse gasförmiger und gelöster Stoffe in Bioreaktoren Prof. Dr.-Ing. G. Matz

Prof. Dr.-Ing. H. Märkl
B9 Biomassenverteilung in einem anaeroben Turmreaktor zur Abwasserreinigung Prof. Dr.-Ing. H. Märkl
B13 Dynamisches Verhalten eines Wirbelschichtreaktors mit kontinuierlicher Katalysatorregenerierung Prof. Dr. rer. nat. F. Keil

Prof. Dr.-Ing. J. Werther
B14 Dynamische Modellierung eines Dampferzeugers mit hochexpandierter Wirbelschicht-Verbrennung Prof. Dr.-Ing. O. Geisler
B16 Dynamische Modellierung,Regelung und Prozeßführung von Biogasreaktoren Prof. Dr.-Ing. J. Lunze
B17 Robuste Mehrgrößenregelung von Wirbelschichtverbrennungsanlagen Prof. Dr.-Ing. J. Lunze
B18 Modellierung der Strömungsmechanik zirkulierender Wirbelschichten auf der Basis der Analyse lokaler Strömungsstrukturen Prof. Dr.-Ing. J. Werther
B19 CO- and NOx- Emissionen bei der Klärschlammverbrennung in einer zirkulierenden Wirbelschicht Prof. Dr.-Ing. J. Werther


Publikationen

  1. [sto:sfb94] E. Stoll.
    Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden für multispektrale und multisensorielle bildgebende Meßtechnik.
    DFG-Forschungsbericht (Abschlußbericht) im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'' Projekt Bu-C5 und Interner Bericht 1/94, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, January 1994.

  2. [bu:stru:sfb93] V. Strubenhoff and H. Burkhardt.
    Instationäre Analyse von Mehrphasenströmungen durch digitale Auswertung von Bildfolgen.
    DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-C6 und Interner Bericht 2/93, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1993.

  3. [sto:bu:sfb93] E. Stoll and H. Burkhardt.
    Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden für multispektrale und multisensorielle bildgebende Meßtechnik.
    DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-C5 und Interner Bericht 1/93, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1993.

  4. [minor:bu:sfb90] K.-U. Minor and H. Burkhardt.
    Instationäre Analyse von Mehrphasenströmungen durch digitale Auswertung von Bildfolgen.
    DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A12 und Interner Bericht 3/90, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1990.

  5. [fi:bu:sfb90] W. Fischer and H. Burkhardt.
    Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden auf multispektrale Bildaufnahmen von Mehrphasenströmungen.
    DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A9.2 und Interner Bericht 2/90, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1990.

  6. [fi:bu:sfb88] W. Fischer and H. Burkhardt.
    Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden auf multispektrale Bildaufnahmen von Mehrphasenströmungen.
    DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A9.2 und Interner Bericht 2/88, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1988.