Slogan

Thermophysik für die Fusion von morgen

Profil

Das CAE zielt mit seinen FuE-Aktivitäten darauf ab, Ideen in Kooperation mit Wirtschaftsunternehmen und Forschungspartnern in die Praxis zu überführen und so einen Beitrag für ein nachhaltiges, CO2-emissionsfreies und wirtschaftliches Energiesystem zu leisten. Das CAE bildet dabei eine Brückenfunktion zwischen grundlagenorientierter Forschung und marktnaher Entwicklung. Das Institut ist als autorisierte Forschungsvereinigung in der „Industriellen Gemeinschaftsforschung“ (IGF) anerkannt.

Informationen

Das CAE ist Mitglied im ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE) und der ZUSE-Gemeinschaft.
Das CAE leistet mit seinen Arbeitsgruppen „Klimaneutrale Gebäude und Quartiere“, „Smarte Funktionale Materialien“, „Advanced Thermal Management“, „Sensorik für die Energie- und Wasserstofftechnik“ und „Energiesystemmanagement und Technologieintegration“ notwendige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für die Industrie und setzt neue Innovationsimpulse. In einem eigenen Innovation Hub werden die Zukunftsthemen „Wasserstofftechnologie“, „Digitalisierung in der Energietechnik“, Energy Research for Space Applications und Nachhaltigkeitsberatung „synstep“ gesondert unterstützt und Synergieeffekte erzielt. Im CAE eigenen „Guided Makerspace“ erhalten junge Unternehmen schnellen und unbürokratischen Zugang zu wissenschaftlichen Maschinen und Versuchsständen sowie zu Experten der CAE-Kernkompetenzfelder.

Technologie / Forschung

Die CAE-Arbeitsgruppe Advanced Thermal Management besitzt ein vertieftes Verständnis in den Bereichen der thermophysikalischen Charakterisierung, Modellierung und Materialentwicklung. Dies bildet die notwendige Grundlage für ein innovatives und effizientes thermisches Management von Prozessen und Produkten. Die experimentelle Ausstattung für hochgenaue und rückführbare Charakterisierungen der thermischen und thermo-optischen Eigenschaften in einem weiteren Parameterbereich (z.B. Temperaturbereich von 15 K bis 3000 K, Gasdruckbereich von 10-3 hPa bis 100 MPa) gibt es in diesem Umfang und dieser Qualität auch im internationalen Maßstab nur noch bei sehr wenigen Forschungsgruppen. Insgesamt steht im Bereich der Thermophysik eine hohe international anerkannte Kompetenz zur Verfügung, welche durch eine umfassende experimentelle Ausstattung von besonderer Qualität vervollständigt wird.

Im Bereich der Fusionsforschung wurden beispielsweise Emissionsgrade im Temperaturbereich von 80 K und 120 K von Materialoberflächen für den ITER TOKAMAK bestimmt. Hier werden sehr niedrige Emissionsgrade benötigt, um den Wärmeeintrag und die damit verbundene thermische Belastung der Bauteile hinreichend gering zu halten.

Die CAE-Arbeitsgruppe Smarte Funktionale Materialien besitzt ein, über viele Jahre entwickeltes, vertieftes Knowhow im Bereich der chemischen Synthese und Prozessierung nano-strukturierter Materialien, insbesondere Hochleistungsisolationen auf Basis von Aerogelen; dabei nimmt die Skalierbarkeit der Werkstoffe bei anwendungs-orientierten Entwicklungen einen hohen Stellenwert ein.

Produkte / (Dienst-)Leistungen

Bestimmung thermischer und infrarot-optischer Kenngrößen, wie

• Wärmeleitfähigkeit
• Temperaturleitfähigkeit
• Spezifische Wärmekapazität und Phasenübergangsenthalpie
• Thermischer Ausdehnungskoeffizient
• Emissionsgrad, Absorptionsgrad, Reflexionsgrad und Transmissionsgrad
• Extinktionskoeffizient, Absorptionskoeffizient, Streukoeffizient und Albedo
• Strahlungswärmeleitfähigkeit, Wärmeleitung und Wärmestrahlung
• Brechungsindex sowie dielektrische Funktion (jeweils Realteil und Imaginärteil)
• Temperatur (berührungslose Temperaturmessung mittels Strahlungsthermometrie und Thermografie)

Je nach Messgröße beträgt der Mess- und Parameterbereich:

• Wellenlänge von 0,2 µm bis 500 µm
• Temperatur von 15 K bis 3200 K
• Winkel von -90º bis +90º
• Gasdruck von 10- hPa bis 100 MPa
• die Messungen werden definierten Atmospähren (Gasdruck und Gasart) durchgeführt.

Modellierungen und Simulationen

Simulation und Modellierung des Wärmetransports mit allen Transportmechanismen

Modellierung des Strahlungs- und Wärmeaustausches zwischen Oberflächen

Materialentwicklung und -optimierung

Begleitung der Entwicklung und Optimierung von Materialien, Komponenten und Systemen mit herausragenden sowie maßgeschneiderten thermischen und infrarot-optischen Eigenschaften

Thermisches Management von Prozessen und Produkten

Analyse und Verbesserung thermischer Prozesse und Produktionsverfahren

Berührungslose Messmethoden zur thermischen Prozesssteuerung und -regelung

Durchführung von Auftragsforschung und Koordination und Durchführung von geförderten Forschungsprojekten

Entwicklung von thermischen Hochleistungsisolationen (bis über 2500 °C) auf der Basis von Kohlenstoff-Aerogelen (Synthese, Material- und Strukturcharakterisierung, Optimierung für die Anwendung, Skalierung)