Thermodynamic Investigation and Design Concept of a bi-directional Wankel Machine for Compression and Expansion in Natural Gas Storage and Distribution Applications

The distribution and storage of natural gas is based on different pressure levels. The pressure is increased by process gas compressors and currently reduced by throttling valves. The isenthalpic throttling leads to exergy losses. As part of an industry project the TU Dresden and the IME Aachen GmbH developed a bi-directional Wankel machine that may be used for both compression and expansion and thus recover some of the exergy losses. The Wankel machine uses rotary valves for suction and discharge control with fixed opening and closing angles in regards to the displacer rotation. This study shows the detailed design concept of the Wankel machine and the corresponding thermodynamic model, which is based on the compressor calculation software KVA developed at the TU Dresden. The model and its results were used to conduct an in-depth analysis of the machine, including pressures and temperature curves during one displacer rotation, its expected overall efficiencies, occurring exergy losses and its economic potential. The results reveal a considerable energy savings potential for future natural gas storage and distribution application

Magnetic Field Saturation in the Riga Dynamo Experiment

After the dynamo experiment in November 1999 had shown magnetic field self-excitation in a spiraling liquid metal flow, in a second series of experiments emphasis was placed on the magnetic field saturation regime as the next principal step in the dynamo process. The dependence of the strength of the magnetic field on the rotation rate is studied. Various features of the saturated magnetic field are outlined and possible saturation mechanisms are discussed.Comment: 4 pages, 8 figure

Detection of a flow induced magnetic field eigenmode in the Riga dynamo facility

In an experiment at the Riga sodium dynamo facility, a slowly growing magnetic field eigenmode has been detected over a period of about 15 seconds. For a slightly decreased propeller rotation rate, additional measurements showed a slow decay of this mode. The measured results correspond satisfactory with numerical predictions for the growth rates and frequencies

Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt

Internal Cooling of the Piston Rod in Non-Lubricated Piston Compressors

In non-lubricated piston compressors the wear of the piston rod packing rings is still a problem that needs to be considered. Due to the demands of high gas pressure and leak-tight sealing the frictional heat of the rings is causing high temperatures in the area of the piston rod packing. High temperatures are – among other factors – one reason for an increase of wear and thus for a lifetime reduction of the packing. To increase this lifetime – and so to increase the time between two technical services – the idea of an internal cooling of the piston rod with a phase changing medium was created. To investigate this new cooling method for non-lubricated piston compressors a research project between the EFRC R&D Working Group (European Forum for Reciprocating Compressors) and the Technical University of Dresden was initiated. Within this project a test bench with a full scale balanced opposed process gas compressor was set up and measurements shall be taken. The measured values will be used for a validation of a thermal simulation model based on the software ANSYS. Also a model test rig is investigated which allows the investigation of temperature along a hollow piston rod in a moving system

Thermodynamic modelling of reciprocating and Wankel type compressor for household refrigerators

Recent studies point out various benefits of trochoid-type compressors in vapor compression heat pump cycles and air compression applications. However, the field of small household refrigeration is still dominated by reciprocating compressors. This study comparatively investigates the thermodynamic behavior of a reciprocating and Wankel-type compressor in household refrigerators using the compressor simulation software KVA, which has been developed at the TU Dresden. The results of the KVA calculations are compared to available experimental data of a typical household refrigeration compressor. The comparative investigation reveals the differences between both compressor types regarding internal losses such as flow losses and internal leakages and further phenomena. The results show that Wankel compressors are currently not competitive in domestic refrigeration applications

Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt

Parental effects influence life history traits and covary with an environmental cline in common frog populations

Across latitudinal clines, the juvenile developmental rates of ectotherms often covary with the length of the growing season, due to life-history trade-offs imposed by the time-constrained environments. However, as the start of the growing season often varies substantially across years, adaptive parental effects on juvenile developmental rates may mediate the costs of a delayed season. By employing a meta-analysis, we tested whether larval developmental rates across a latitudinal cline of the common frog (Rana temporaria) are affected by fluctuating onsets of breeding, across years. We predicted that larval developmental rate will be inversely related to the onset of breeding, and that northern populations will be more prone to shorten their developmental rate in response to late breeding, as the costs of delayed metamorphosis should be highest in areas with a shorter growing season. We found that the larval period of both northern and southern populations responded to parental environmental conditions to a similar degree in absolute terms, but in different directions. In northern populations, a late season start correlated with decreased development time, suggesting that the evolution of parental effects aids population persistence in time-constrained environments. In southern populations, late season start correlated with increased development time, which could potentially be explained as a predator avoidance strategy. Our findings suggest that local ecological variables can induce adaptive parental effects, but responses are complex, and likely trade-off with other ecological factors

Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt