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TEG design for waste heat recovery at an aviation jet engine nozzle

Ziolkowski, Pawel und Zabrocki, K. und Müller, Eckhard (2018) TEG design for waste heat recovery at an aviation jet engine nozzle. Applied Sciences. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/app8122637. ISSN 2076-3417.

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Kurzfassung

Finite element model (FEM)-based simulations are conducted for the application of a thermoelectric generator (TEG) between the hot core stream and the cool bypass flow at the nozzle of an aviation turbofan engine. This work reports the resulting requirements on the TEG design with respect to applied thermoelectric (TE) element lengths and filling factors (F) of the TE modules in order to achieve a positive effect on the specific fuel consumption. Assuming a virtual optimized TE material and varying the convective heat transfer coefficients (HTC) between the nozzle surfaces and the gas flows, this work reports the achievable power output. System-level requirement on the gravimetric power density (>100 Wkg−1) can only be met for F ≤ 21%. When extrapolating TEG coverage to the full nozzle surface, the power output reaches 1.65 kW per engine. The assessment of further potential for power generation is demonstrated by a parametric study on F, convective HTC, and materials performance. This study confirms a feasible design range for TEG installation on the aircraft nozzle with a positive impact on the fuel consumption. This application translates into a reduction of operational costs, allowing for an economically efficient TEG-installation with respect to the cost-specific power output of modern thermoelectric materials.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/122851/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:TEG design for waste heat recovery at an aviation jet engine nozzle
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ziolkowski, PawelGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zabrocki, K.German Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, EckhardGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, Germany and Justus Liebig University Giessen, Institute of Inorganic and Analytical Chemistry, 35392 Giessen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 November 2018
Erschienen in:Applied Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3390/app8122637
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2076-3417
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectric generator; energy conversion; energy harvesting; aviation; jet engine; specific fuel consumption; module design; filling factor; FEM; simulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Turbinentechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:15 Nov 2019 12:53
Letzte Änderung:08 Nov 2023 10:40

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