Lukas Weiß
Dr.-Ing. Lukas Weiß
Projekte
Integrierter Wasserhaushalt von Anoden- und Kathodenpfad in Brennstoffzellensystemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)Laufzeit: 1. Februar 2024 - 31. Januar 2025
Mittelgeber: StiftungenAnalyse makroskopischer und mikroskopischer Energieflüsse eines brennstoffzellenbetriebenen Tiefbohrgeräts
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)Titel des Gesamtprojektes: Modulares Antriebskonzept mit Brennstoffzelle für Anwendungen im Spezialtiefbau
Laufzeit: 1. Oktober 2023 - 30. September 2026
Mittelgeber: BMBF / VerbundprojektAufgaben und Ziele des Teilprojekts an der Professur für Fluidsystemtechnik sind...
a) ...die Modellierung der Energieflüsse im Brennstoffzellensystem eines Drehbohrgeräts, sowie der Energieversorgung des Drehbohrgeräts auf der Baustelle. Dabei werden neben den thermodynamischen und elektrischen Größen insbesondere auch die CO2 Emissionen und die Kostenfunktion der Einzelnen Bauteile und Betriebsstrategien berücksichtigt. Ergebnis wird ein Werkzeug zur Auslegung von Brennstoffzellensystemen für Spezialbaumaschinen im Offroad-Bereich.
b) ...die grundlegende Untersuchung von Wasserverdampfung zur effizienten Nutzung von Produktwasser aus dem Brennstoffzellenbetrieb. Die Herausforderung besteht darin, dass die Abwärme des Systems nur auf niedrigem Temperaturlevel (ca. 85 °C) zur Verfügung steht, aber hoher Kühlleistungen und Verdampfungsleistungen gefordert sind. Ergebnis wird ein Konzept zur effizienten Nutzung von Produktwasser in Brennstoffzellensystem für den Antrieb von Spezialtiefbohrgeräten sein.
c) ...die Charakterisierung eines Brennstoffzellensystems für die Anwendung in Spezialtiefbohrgeräten auf einem Prüfstand. Ergebnis wird ein Betriebskennfeld des konkreten Systems sein, auf dessen Basis eine optimierte Betriebsstrategie in der Anwendung entwickelt werden kann.
Konzeptionierung und Aufbau eines Heavy Duty Brennstoffzellensystems (FCS-HD)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)Titel des Gesamtprojektes: Konzeptionierung und Aufbau eines Heavy Duty Brennstoffzellensystems (FCS-HD)
Laufzeit: 1. Dezember 2021 - 30. November 2024
Mittelgeber: andere FörderorganisationDas Ziel des Verbundprojektes ist es, ein Brennstoffzellensystem für die Nutzfahrzeuganwendungen zu entwickeln. Dabei wird ein innovatives und modulares Labor-Brennstoffzellensystem analysiert und die kritischen Komponenten bezüglich der Nutzfahrzeuganforderungen identifiziert und die Systemleistung entsprechende der spezifischen Anforderungen angehoben. Hierfür wird ein leistungsstärkerer Stack integriert und die System- und Komponentenauslegung den Anforderungen angepasst. Die kritischen Komponenten sollen in diesem Projekt hinsichtlich Lebensdauer, Effizienz, Robustheit und Kosten optimiert bzw. weiterentwickelt werden. Auch ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Brennstoffzellen-Systeme soll realisiert werden, um die notwendige Systemleistung abzubilden. Eine Optimierung der Betriebsstrategie sowie die Erweiterung der Software-Funktionen sollen den Betreib des Heavy Duty Brennstoffzellensystems in der Nutzfahrzeuganwendung sicherstellen.
Immersed-cooling Concepts for Electric Vehicle Battery Packs using Viscoelastic Heat Transfer Liquids (I-BAT)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
Mittelgeber: EU - 6. Rahmenprogramm
URL: https://www.horizon2020-ibat.euThe penetration of plug-in EVs on the world market faces considerable technological challenges. The performance of battery electric drives is influenced among other things by the power density and efficiency of the EV Battery Thermal System (BTMS), the heating and cooling system for batteries and power electronics. Lithium-ion batteries require a temperature of 15-60 °C for optimal operation, with high demands on temperature uniformity between the cells. The power density of the battery cooling systems has to be doubled compared to the state of the art to enable powerful and compact drives. The tight integration in vehicles means that only minimal cross-sections are available for the liquid coolants used. This challenge is met by innovative coolants, which have shown considerable potential for increasing the cooling effect and reducing pump losses in basic investigations. The subject of work is the synthesis and characterization of mineral oil-based coolants with optimal rheological and thermal properties suitable for EV BTMS. The novel fluids to improve heat transfer consist of a viscoelastic liquid carrier matrix with suspended nanoparticles. The dielectric nature of mineral oils allows the realization of immersion cooling systems with improved heat transfer rates compared to current devices with indirect cooling. In addition, viscoelastic additives can give the flow a controllable non-Newtonian character, resulting in reduced friction losses leading to 10-20% less pressure loss. At the same time, the selective amplification of specific types of coherent secondary flows favors a further increase in heat transfer. Overall, the proposed research aims at doubling thermal performance. The newly developed nanocoolants will be tested in a BTMS prototype to prove that these improments have the potential to revolutionize the relevant transport sector.
Injection, mixing, and autoignition of e-fuels for CI engines
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)Titel des Gesamtprojektes: Injection, mixing, and autoignition of e-fuels for CI engines
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.cornet.online/E-fuels that use regenerative energy will be an important part of future sustainable mobility. They will provide chemical storage of volatile renewable energies and show a huge potential to deliver controlled, clean and efficient combustion for future vehicles. However, their physical-chemical behavior in the internal combustion engine needs to be understood and implemented in simulation tools to reach optimum efficiency and close to zero emissions. Especially oxygenated e-fuels promise to be conducive to clean combustion. Compression ignition (CI) engines offer highest efficiencies but suffer from complex combustion situations in the aim of lowest emissions. This project contributes to sustainable mobility by providing the detailed understanding of the behavior the oxygenated e-fuels in compression-ignition engines.
Eingliederund des LTT in das ECN-Netzwerk
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. September 2019
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: http://www.bacatec.deIn Einklang mit dem „Klima-Aktions-Plan 2050“ muss Deutschland und seine Mobilität bis zum Jahr 2050 größtenteils Treibhausgas neutral werden. Eine Kostenanalyse für eine in der gesamt Ökobilanz CO2-freie Mobilität sagt voraus, dass sich der Markt auf elektrisch angetriebene und einen dominierenden Teil von motorisch angetriebenen Fahrzeugen aufteilt, die mit synthetischen Kraftstoffen aus Wind und Sonne, sogenannten „e-fuels“ betrieben werden1. Das “Engine Combustion Network” ECN (https://ecn.sandia.gov/) ist ein Lösungsweg um experimentelle Daten und eine Diskussionsplattform für CFD-Modellbildner bereitzustellen. Aufgrund der großen Herausforderungen in diesem Forschungsgebiet ist ein globales wettbewerbsfreies Netzwerk unabdingbar für signifikante Fortschritte. Durch die Eingliederung wird das ECN reicher an Spraydaten und die FAU kann ihre Sichtbarkeit in der Forschungsgemeinschaft steigern.
Wärmeübergang an Hochleistungs-Dieselmotoren-Kolben
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)Laufzeit: 1. Juli 2014 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
Publikationsliste
2024
In-Situ Measurement Technique for Data Acquisition in Fuel Cells: Enabling Accurate Energy Balance Modeling
20th Symposium on Modeling and Validation of Electrochemical Energy Technologies ModVal 2024 (Trafo Baden, 13. März 2024 - 14. März 2024)
In: Book of Abstracts 20th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies (ModVal 2024) 2024
DOI: 10.3929/ethz-b-000662523 , , , :
Quantification of cavitating flows with neutron imaging
In: Scientific Reports 14 (2024), Art.Nr.: 26911
ISSN: 2045-2322
DOI: 10.1038/s41598-024-76588-3 , , , , , , , :
On the Anode Exhaust Gas Recirculation of PEM Fuel Cells Using Passive Ejectors
20th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies (ModVal 2024) (Baden, 13. März 2024 - 14. März 2024)
In: P. Boillat, M. El Kazzi, J. Eller, C. Gloor, L. Gubler, J. Herranz, S. Trabesinger (Hrsg.): Book of Abstracts 2024
DOI: 10.3929/ethz-b-000662523 , , , :
Experimental and simulative analysis of the dependence between liquid water amount and mass transfer in a planar membrane humidifier
20th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies (ModVal 2024) (Baden, 13. März 2024 - 14. März 2024) , , :
High-load operating characteristics of planar membrane humidifiers of polymer electrolyte membrane fuel cell systems for heavy-duty applications
Energy & Propulsion Conference & Exhibition (Columbus, OH 43215, 12. November 2024 - 14. November 2024) , , :
Fiber Bragg Grating Temperature Sensing in Fuel Cells
2024 IEEE Photonics Conference (IPC) , , , , , , :
Long-Term Continuous Gas Diagnostics For Fuel Cell Systems: Development Of An Automatized Raman Metrology
21st International Symposium on Application of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics (Lissabon, 8. Juli 2024 - 11. Juli 2024)
DOI: 10.55037/lxlaser.21st.34 , , , :
High spatiotemporal resolution optical measurements of two-stage ignition and combustion in Engine Combustion Network Spray D flames
In: Case Studies in Thermal Engineering 62 (2024), Art.Nr.: 105192
ISSN: 2214-157X
DOI: 10.1016/j.csite.2024.105192 , , , :
Einspritzung, Mischung und Selbstzündung von E-Kraftstoffen für kompressionsgezündete Motoren
In: MTZ Motortechnische Zeitschrift 85 (2024), S. 58-61
ISSN: 0024-8525
DOI: 10.1007/s35146-023-1573-z , , , :
Injection, Mixing and Auto-ignition of E-fuels for Compression Ignition Engines
In: MTZ worldwide 85 (2024), S. 54-57
ISSN: 2192-9114
DOI: 10.1007/s38313-023-1569-6 , , , :
Enhancing Heat Transfer in Immersion Cooling of Battery Packs - Using ALTP Heat Flux Sensors
Energy & Propulsion Conference & Exhibition (Columbus, 12. November 2024 - 14. November 2024)
DOI: 10.4271/2024-01-4327 , , , , :
Cross-plane PIV for the characterization of low viscosity viscoelastic fluids
21st LISBON Laser Symposium 2024 (Lisbon, 7. August 2024 - 11. August 2024) , , , :
2023
2-Propanol Fuel Cell System
EFCF 2023: Low-Temp. Fuel Cells, Electrolysers & H2 Processing (Luzern, 4. Juli 2023 - 7. Juli 2023) , , , , :
Quantifying extinction imaging of fuel sprays considering scattering errors
In: International Journal of Engine Research (2023)
ISSN: 1468-0874
DOI: 10.1177/14680874231167931 , , , :
Modeling of ejectors applied in PEMFC systems 2
EFCF 2023: Low-Temp. Fuel Cells, Electrolysers & H2 Processing (Luzern, 4. Juli 2023 - 7. Juli 2023) , , , :
Modeling of ejectors applied in PEMFC systems
ModVal 2023 - 19th Symposium on Fuel Cell and Battery Modeling and Experimental Validation (Duisburg, 21. März 2023 - 23. März 2023) , , , :
Membrane humidifier model for PEM fuel cell systems
European Fuel Cell Forum 2023 (Lucerne, 4. Juli 2023 - 7. Juli 2023) , , , :
Membrane humidifier model for PEM fuel cell systems
19th Symposium on Fuel Cell and Battery Modeling and Experimental Validation (Duisburg, 21. März 2023 - 23. März 2023) , , :
2022
Energetics of Technical Integration of 2-Propanol Fuel Cells: Thermodynamic and Current and Future Technical Feasibility
In: Energy Technology (2022)
ISSN: 2194-4288
DOI: 10.1002/ente.202200343 , , , , , , , :
The 10th International Conference on Modeling and Diagnostics for Advanced Engine Systems
COMODIA2022 (Saporro, 5. Juli 2022 - 8. Juli 2022) , , , :
Tomographic reconstruction of spray evolution considering multiple light scattering effects
The 10th International Conference on Modeling and Diagnostics for Advanced Engine Systems (COMODIA 2022) (, 5. Juli 2022 - 8. Juli 2022)
In: The 10th International Conference on Modeling and Diagnostics for Advanced Engine Systems (COMODIA 2022) 2022
DOI: 10.1299/jmsesdm.2022.10.C5-1 , , , :
3D simulation of a ballistic direct injection cycle for the assessment of fuel property effects on cavitating injector internal flow dynamics and primary breakup
In: Fuel 308 (2022), Art.Nr.: 121775
ISSN: 0016-2361
DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121775 , , , , :
2021
Simultaneous high-speed formaldehyde PLIF and schlieren imaging of multiple injections from an ECN Spray D injector
ASME 2020 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference, ICEF 2020 (Virtual, Online, 4. November 2020 - 6. November 2020)
In: ASME 2020 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference, ICEF 2020 2021
DOI: 10.1115/ICEF2020-2913 , , , :
Phase change in fuel sprays at diesel engine ambient conditions: Modeling and experimental validation
In: Journal of Supercritical Fluids 173 (2021), Art.Nr.: 105224
ISSN: 0896-8446
DOI: 10.1016/j.supflu.2021.105224 , , , , :
2020
3D Simulation of Turbulent and Cavitating Flow for the Analysis of Primary Breakup Mechanisms in Realistic Diesel Injection Processes
In: Atomization and Sprays (2020), S. 861-893
ISSN: 1044-5110
DOI: 10.1615/AtomizSpr.2020032492 , , , , , :
Spatio-temporal identification of plume dynamics by 3D computed tomography using engine combustion network spray G injector and various fuels
In: Fuel 280 (2020), Art.Nr.: 118359
ISSN: 0016-2361
DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118359 , , , , , :
Optical Investigations on the Jet Propagation of an Actively Fuelled Pre-Chamber Ignition System with Highspeed Schlieren Imaging
THIESEL 2020 Thermo- and Fluid dynamic Processes in Direct Injection Engines (Valencia, 8. September 2020 - 11. September 2020)
In: Editorial Universitat Politècnica de València (Hrsg.): THIESEL 2020.Thermo-and Fluid Dynamic Processes in Direct Injection Engines.8th-11th September 2020
Open Access: https://riunet.upv.es/handle/10251/150759
URL: https://riunet.upv.es/handle/10251/150759 , , , , :
Detailed Measurements of Transient Two-Stage Ignition and Combustion Processes in High-Pressure Spray Flames using Simultaneous High-Speed Formaldehyde PLIF and Schlieren Imaging
In: Proceedings of the Combustion Institute (2020)
ISSN: 1540-7489
DOI: 10.1016/j.proci.2020.09.026 , , , , :
Development of limited-view tomography for measurement of Spray G plume direction and liquid volume fraction
In: Experiments in Fluids 61 (2020), Art.Nr.: 51
ISSN: 0723-4864
DOI: 10.1007/s00348-020-2885-0
URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-020-2885-0 , , , , :
Model of fuel spray propagation in direct injecting internal combustion engines under cross-flow conditions
11th All-Russian Scientific Conference with International Participation on Thermophysics and Power Engineering in Academic Centers, TPEAC 2019 (St.Petersburg, 21. Oktober 2019 - 23. Oktober 2019)
In: P.A. Kuibin, N.G. Ivanov (Hrsg.): Journal of Physics: Conference Series 2020
DOI: 10.1088/1742-6596/1565/1/012054 , , :
Experimental investigation of spray propagation under crossflow conditions with Shadowgraph and Schlieren techniques
3rd Conference on Problems of Thermal Physics and Power Engineering, PTPPE 2020 (Moscow, 19. Oktober 2020 - 23. Oktober 2020)
In: Journal of Physics: Conference Series 2020
DOI: 10.1088/1742-6596/1683/2/022061 , , , :
2019
An Inside View on Diesel Sprays: From Quantitative 1D-Measurements to an In Depth 2D-Analysis of Mixture Composition
Workshop ENCOM 2019, Waischenfeld, 16./17.10.2019 (Fraunhofer Forschungscampus Waischenfeld, 16. Oktober 2019 - 17. Oktober 2019) , , , :
Time-resolved chemiluminescence spectroscopy of diesel and alternative fuel flames at engine relevant ambient conditions
European Combustion Meeting (ECM) (Lissabon) , , , :
Local Heat Transfer and Interdependency of Piston Material, Spray and Combustion in High Power Diesel Engines
Workshop ENCOM 2019, Waischenfeld, 16./17.10.2019 (Fraunhofer Forschungscampus Waischenfeld, 16. Juli 2019 - 17. Juli 2019) , , , , , , :
2018
Quantitative mixture formation analysis of diesel sprays
14th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, ICLASS 2018 (Chicago, IL, 22. Juli 2018 - 26. Juli 2018)
In: ICLASS 2018 - 14th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems 2018 , , , , , :
Influence of e-fuels on mixture formation and combustion investigated in a high-pressure combustion vessel
6. Internationale TMFB Konferenz (Aachen, 6. Juni 2018 - 6. Juni 2018) , , , :
Investigation of Phase Change Mechanisms of n-Alkanes Injected in sub- and Supercritical Conditions
ICLASS 2018, 14th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (Chicago, IL, USA, 22. Juli 2018 - 26. Juli 2018) , , , , :
Air entrainment and mixture distribution in Diesel sprays investigated by optical measurement techniques
In: International Journal of Engine Research 19 (2018), S. 120-133
ISSN: 1468-0874
DOI: 10.1177/1468087417742527 , , , , :
An experimental analysis of the spraying processes in improved design of effervescent atomizer
In: International Journal of Multiphase Flow 103 (2018), S. 1-15
ISSN: 0301-9322
DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.01.012 , , , , , , :
2017
Processes in Diesel Sprays Investigated by Schlieren Technique and Raman Spectroscopy
International Congress on Engine Combustion Processes (ENCOM) (Ludwigsburg) , , , , :
The liquid penetration of diesel substitutes
28th Conference of Liquid Atomization and Spray Systems ILASS 2017, 6.-8.9.2017, Valencia. Spain (Valencia, 6. September 2017 - 8. September 2017)
DOI: 10.4995/ILASS2017.2017.4764 , , , , :
Correlation between Piston Surface Temperature and Piston Material and Their Influence on Spray-Wall-Interaction and Spray Combustion
The 9th International Conference on Modelling and Diagnostics for Advanced Engine Systems (COMODIA 2017) (Okayama Convention Center, 25. Juli 2017 - 28. Juli 2017) , :
Low-pressure twin-fluid atomization: Effect of mixing process on spray formation
In: International Journal of Multiphase Flow 89 (2017), S. 277-289
ISSN: 0301-9322
DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.10.015 , , , , , :
2016
Phase transition and mixing behavior of a liquid Diesel spray injected into supercritical atmosphere
ILASS – Europe 2016, 27th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, 4-7 September 2016, Brighton, UK (Brighton, 4. September 2016 - 7. September 2016) , , , :
Diesel Spray characterization with Schlieren-Mie Technique
18th Laser Lisbon Int. Symposium on Application of Laser Imaging Techniques to Fluid Mechanics (Lissabon, 4. Juli 2016 - 7. Juli 2016) , , :