Dagordning vid Styrelsens sammanträde: Tid: 13 mars, 2003, kl 11:00-17:00 Plats: Enoch Thulin-laboratoriet, Biblioteket

Transkript

1 CECOST -The Centre for Combustion Science and Technology Dagordning vid Styrelsens sammanträde: Tid: 13 mars, 2003, kl 11:00-17:00 Plats: Enoch Thulin-laboratoriet, Biblioteket 1. Ordföranden förklarar mötet öppnat. 2. Godkännande av dagordningen. 3. Val av sekreterare. 4. Utseende av justeringspersoner. 5. Föregående mötes protokoll. Bilaga 1 6. Protokoll från Beredningsgruppsmöten. Bilaga Uppdatering av CECOSTs finansiella läge. 8. Statusredovisning, Forskningsverksamhet. 9. Statusredovisning, Forskarskola. Bilaga Avtalsfrågor. - Avtal. -Natura-,motfinansiering. Bilaga 4 -Start-, och slutdatum för projekt. 11. Benchmarking, beslutspunkt. Bilaga Årsrapport, SSF-del. Bilaga Extern expertis Bilaga CECOST annual meeting. Bilaga Övriga frågor. 16. Nästa möte. 17. Ordförande förklarar mötet avslutat. Välkomna Marcus Aldén 1 Beredningsgruppen för Undervisning sammanträdde den 5 mars, protokollet sänds ut snarast möjligt. 2 Bilagan utgörs av kompendiet från årsmötet. Då kompendiet är för stort för att förmedlas via e-post kommer det att delas ut under Styrelsemötet. Det kan även laddas ner från: Postal address Box 118, SE Lund, Sweden Visiting address Professorsgatan 1 Telephone , (direct) Telefax forbrf@forbrf.lth.se Internet

2 Bilaga 1 Lund Institute of Technology CECOST -The Centre for Combustion Science and Technology Protokoll från Styrelsens sammanträde, måndagen den 21 oktober 2002, Enoch Thulinlaboratoriet. Närvarande: Claes Bankvall Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Lennart Fredenberg Sydkraft AB Göran Hammarberg Scania AB Jörgen Held Statens Energimyndighet Thomas Johannesson STFI (ordförande) Ulf Olsson Volvo Aero Corporation Christian Troger Alstom Power Marcus Aldén LTH, Föreståndare, adjungerad Boman Axelsson LTH, Administrativ chef, adjungerad Göran Holmstedt LTH, Studierektor, adjungerad Frånvarande: Bernt Gustafsson Eva Katrin Lindman Margareta Wester Statens Energimyndighet Fortum CTH, Centrum för produktrelaterad miljöanalys 1. Ordföranden, Thomas Johannesson, förklarade mötet öppnat. Boman Axelsson gavs tillfälle att presentera sig. 2. Dagordningen godkändes 3. Boman Axelsson valdes som mötessekreterare för dagens möte, samt för kommande möten. 4. Claes Bankvall valdes till Justeringsman, utseendet av Justeringsman kommer i fortsättningen att ske i bokstavsordning. Protokoll underskrives av Sekreterare, Justeringsman och Ordförande. 5. Föregående mötes protokoll. Det noterades att årets CECOST-möte är flyttat från 5-6 november till 6-7 samma månad. Då beslutet om Mark Linnes finansiering (bilaga 1.1) ej fördes till föregående mötes protokoll skall detta göras i ett tillägg till det gamla protokollet, samtidigt skall en del stavfel korrigeras. Boman fick till uppgift att tillse att detta skedde. 6. Protokoll från Beredningsgruppsmöten lades till handlingarna. 7. Uppdatering av CECOSTs finansiella läge. Marcus gick igenom bilaga 3 och förklarade läget med avseende på Wallenberg och MISTRA. Thomas och Marcus var den 16 september uppe på MISTRA för att diskutera möjligheterna att använda medel från MISTRA som motfinansiering. Resultatet av besöket var ett godkännande från MISTRAs sida. Då Wallenberg beviljat ansökan enligt ursprunglig budget finns emellertid i dagsläget inget behov av att använda medel från MISTRA som motfinansiering. Göran Holmstedt förklarade läget kring finansieringen av Biomassaprojektet och önskan att få med Bo Leckners projekt i detta. Det kvarstår ännu ett par hundratusen kronor innan projektet är fullständigt finansierat, bl.a. därför att pengar från Värmeforsk endast får räknas till 60% (Värmeforsk finansieras till 40% av STEM). MISTRA-medel är, såsom kommande från en stiftelse, formellt Postal address Box 118, SE Lund, Sweden Visiting address Professorsgatan 1 Telephone , (direct) Telefax forbrf@forbrf.lth.se Internet

3 2 godkända att använda som motfinansiering (slutligt beslut måste tas på STEM). Jörgen rådde CECOST ledning att avvakta innan man började plocka bråkdelar av MISTRA-medel som motfinansiering. Sammanfattningsvis betraktades budgeten vara så säker så att projektförslag enligt 8 kunde tas beslut om. 8. Diskussion och beslut om planerad forskningsverksamhet. Bioprojektet. Göran Holmstedt beskrev förutsättningarna för Bioprojektet och beskrev hur de olika delarna kompletterar varandra. Kortfattat kan man säga att Görans del behandlar biomassan upp till 200 grader Celsius där Bo Leckners del tar vid. Förslaget från biomassagruppen var att prioritera fast bädd-förbränning framför studien av alkalimetaller. Diagnostikprojektet. Marcus beskrev diagnostikprojektet enligt bilaga 4.2 och förmedlade Beredningsgruppens rekommendation att prioritera delprojekt 1-3. Han aktualiserade samtidigt sin egen jävsituation. Ordf. förtydligade för protokollet att Marcus skulle lämna mötesrummet vid beslut i fall diskussionen aktualiserar jävsituationen. Modelleringsprojektet. Det nuvarande förslaget på utformning av Modelleringsprojektet skiljer sig mycket från det ursprungliga. Det som lagts ner mest arbete på är att dra upp ramen för projektet så att samarbete och synergieffekter stimuleras. Projektet är nu ett samarbete mellan olika, alla starka, grupper inom modelleringsområdet. De olika undergrupperna håller hög internationell klass men en betoning på samarbete är önskvärt då detta skulle göra projektet unikt för Sverige och kanske även i världen. Det ansågs önskvärt att det fanns ett eller ett par gemensamma mål i projektet, inte i syfte att som utomstående styra arbetet men för att stimulera samarbete och få en viss koherens inom gruppen. Marcus presenterade förslaget på fördelning av projektmedel, bilaga 4 samt ett underlag för beslut för finansiering av forskningsprojekt (se nedan). Sammanfattning Förslag på beslut Forskningsprojekt Biomassa: 3 x 550 ksek till Energiteknik, CTH (Bo Leckner Diagnostik: I ksek till Förbränningsfysik, LTH (M. Aldén) II ksek till Förbränningsfysik, LTH (P.-E. Bengtsson) III ksek till Förbränningsfysik/VoK, LTH (M. Linne, J. Klingmann) Modellering: I. 557 ksek/år till Mekanik, KTH (A.. Johansson) 557 ksek/år till Förbränningsfysik, LTH (F. Mauss) 557 ksek/år till Termo&Fluid, CTH (N. Nordin) II. 450 (+180) ksek/år till Fluiddynamik, LTH (X. S. Bai) Bilaga 1 Budgetposten för hemsidan är nollbudgeterad till förmån för forskningsprojekten. Vikten av en fungerande hemsida betonades och Marcus försäkrade att det fanns medel för detta inom den administrativa budgeten. Angående modelleringsprojektet som helhet frågades om det fanns en Postal address Box 118, SE Lund, Sweden Visiting address Professorsgatan 1 Telephone , (direct) Telefax forbrf@forbrf.lth.se Internet

4 Bilaga 1 3 risk att vi får fyra underkritiska projekt istället för tre skarpa. Marcus menade att de går att driva med nuvarande finansiering och Jörgen påminde om att projekten inte svarar mot en doktorandtjänst utan utgörs av den forskning som ska bedrivas inom de ekonomiska ramarna. Styrelsen beslutade att godkänna projekten, enligt det förslag som Marcus lade fram (ovan), med ett villkor: Samarbetet är en mycket viktig och spännande del av Modelleringsprojektet och kommer att följas upp av Styrelsen. För att ytterligare betona vikten av samarbete, beslutades att projektmedlen budgeterades till 550 ksek/år samt att 7x3 ksek/år skall läggas på samarbetsstimulerande åtgärder och hur dessa lämpligen ska spenderas skall Beredningsgruppen lämna förslag på. 9. Statusredovisning om forskarskolan. Göran Holmstedt presenterade. Den 15 november kommer Beredningsgruppsmötet att äga rum. Styrelsen var positiv kring hur forskarskolan utvecklas. 10. CECOSTs policy. Förslaget på utformningen av policyn uppskattades av Styrelsen som hade ett par kommentarer. Tydligare koppling mellan forskning och forskarskola, omformulering av apparat/fenomen, var några kommentarer. Styrelsen beslutade att policyn skulle finslipas av ledningen och Ordföranden med medlemmarnas kommentarer i åtanke. 11. Statusredovisning av avtal. (Denna punkt behandlades efter punkt 14 men presenteras i protokollet på sin ursprungliga plats.) Susanne Kristensson från Juridiska enheten hälsades välkommen. De avtal hon arbetat med är de två projektavtalen som ska användas i Diesel-, respektive gasturbinprojektet. Susanne har bollat avtalen mot Erland Holmborn på Scania och för dieselsidan är Greger Juhlin på Scania övriga industrinintressenters länk till Susanne. Christian Troger erbjöd sig vara motsvarande person inom Gasturbinprojektet i syfte att detta avtal inte skulle släpa efter. Projektavtalen grundar sig till stor del på PFF-avtalen som används t.ex. i Grön Bil-projektet. Enligt Susanne finns inga principiella stötestenar utan frågorna handlar snarare om konkreta saker som t.ex. hur utbetalningar ska ske. 12. Boman presenterade schemat för CECOST-dagen som är ett samarrangemang mellan CECOST och det STEM-finansierade forskningsprogrammet Energirelaterad Strömningsmekanik. Styrelsen hade inget att invända mot schemat men tryckte på att det krävdes en väloljad logistik för att få presentera varje nytt projekt på tio minuter. 13. Inga övriga frågor. 14. Tiden för nästa möte sattes till torsdagen den 13 mars kl. 11: Ordföranden förklarade mötet avslutat Vid protokollet:. Boman Axelsson Justeras:. Thomas Johannesson. Claes Bankvall Postal address Box 118, SE Lund, Sweden Visiting address Professorsgatan 1 Telephone , (direct) Telefax forbrf@forbrf.lth.se Internet

5 Bilaga 2.1 CECOST PROTOKOLL Beredningsgruppen för forskning, sammanträde den 19 februari, 2003, kl i röda rummet, Enoch Thulinlaboratoriet, Fysiska institutionen, LTH. Närvarande: Marcus Aldén, LTH (Ordförande) Boman Axelsson Rolf Egnell, LTH Lars-Erik Eriksson, CTH/Volvo Aero (fr o m punkt 7) Rolf Gabrielsson, Volvo Aero Göran Holmstedt, LTH (adjungerad) Arne Johansson, KTH Bo Leckner, CTH Ingemar Magnusson, Volvo TU Frånvarande: Peter Lindstedt, Imperial College 1. Ordföranden förklarade mötet öppnat. 2. Dagordningen för mötet godkändes, Göran ville lägga till en punkt under Övrigt: Medel för extern kompetens. 3. Boman Axelsson utsågs till Sekreterare 4. Rolf Gabrielsson valdes till Justeringsman. 5. Protokoll från föregående Beredningsgruppsmöte lades till handlingarna. 6. Protokoll från föregående Styrelsemöte gicks igenom. Diskussionspunkter som uppkom: Från när gäller styrelsens beslut? Formellt från dagen då protokollet är justerat men inom projekt där verksamhet varit igång på egen risk har det funnits utrymme för andra bedömningar. Vilket är slutdatumet som gäller, dvs. går projektet tre år från startdatum eller till ett gemensamt slutdatum? Boman och Marcus tog på sig att kontrollera dessa frågor med Styrelsen. Marcus visade den tagna policyn för CECOST. Denna kommer att bifogas protokollet samt läggas ut på hemsidan. Annual meeting har ägt rum och ett förslag från Beredningsgruppen var att se över formerna för det årliga mötet och eventuellt förändra så att evenemanget går i linje med CECOST:s formella policy, mer tonvikt på excellens än på enskilda doktorander. Ett förslag var också att lägga upp en hemsida där all information finns tillgänglig. Göran kommer att lägga upp en sådan kurs och Boman kommer att vara ansvarig för administrationen

6 Bilaga Lägesrapport från de olika projekten GenDies-projektet, Rolf Egnell. Frågan om hur man ska lösa att flera aktörer använder motorriggen (främst relaterat till sekretess och upphovsrätt) skall lösas i avtalet. Universitetslektor anställd. Anders Hultqvist Överflyttning av medel (500 ksek) från utrustning till personal -> Tekniker 100% år 2003 Motorerna på plats. Första start 31/3 Analys av alternativa EGR-system pågår Säkerhetsanalys pågår Koordineringsmöten planerade. Först Mauss och Bai. Möte om optiska mätmetoder har hållits hos VCC. LSF-förfrågan angående DI-gasmotorer. Prof. Andrzej Teodorczyk från Polen Årsbudget ksek Summa Kostnader Motorer och utrustning Uppbyggand av provcell Personal och driftskostnader Forskare och doktorander Inustrins interna kostnader Summa kostnader Intäkter Statens Energimyndighet Industrin Summa intäkter Under nästa år kommer GenDies-projektet bara att finansiera halvdrift av motorlabbet. Övrig finansiering får rymmas inom ramen för andra projekt. Gasturbinprojektet, Rolf Gabrielsson Fyra delprojekt: 6.1. Till detta projekt är indusridoktoranden Pontus Eriksson (VAC) knuten. Ett möjligt resultat av arbetet är en förenklad förångningskanal för lågemissionsbrännkammare som skulle kunna användas inom andra projekt Marcus Aldén är ansvarig för detta projekt. Inledande möte med Volvo Aero har hållits gällande mätningar i en JAS motor. Det handlar då i första läget om tidsupplösta flamemissionsmätningar. Användningen av termografiska fosforer för temperaturmätningar på en yta har också diskuterats. Tidsplaneringen sätts helt och hållet av VAC Alstom Power ansvarar för detta. Projektet är huvudsakligen inriktat på reglerteknik och aktiv kontroll och detta arbete sker hos Rolf Johansson i Lund. Möte med Alstom Power är inplanerat till 28/2 för projektplanering.

7 Bilaga Jens Klingmann vid VoK på LTH är ansvarig för denna del. Characterisation of flames when burning synthetic LCV biogas Tests in the LTH Academic HP rig Coordination with the AFTUR project. Tests in either a Turbomeca pilot combustor or the VT40 combustor Measurements: Emissions, velocity, temperature and concentrations Project leader: Jens Klingmann, Dept of Heat and Power Engineering, LTH Modelling: Xue-Song Bai, Dept of Heat and Power Engineering, LTH Biobränsleprojektet, Göran Holmstedt respektive Bo Leckner Göran: Försök och modellering skall ske på tre olika skalor; enstaka partiklar, 1 m, respektive container. En försöksserie för att utvärdera användningen av mikrokalorimetri vid enpartikelförsök har körts av en doktorand vid Växjö universitet. Försöket utfördes för att undersöka hur tillämpbar metoden var för att karakterisera den biologiska och kemiska effektutvecklingen vid låga temperaturer, med olika fukthalt och syrgashalt. Försöksledare var Lars Wadsö. The top curve shows thermal power (heat production rate) from microbiological activity in a sample of humid (about 90% RH) wood particles. The drop in activity at about 65 h is when all oxygen in the ampoule has been consumed. The low activity after 65 h may be from anaerobic microbiological activity. The bottom curve is the same type of sample, but Na-benzoate (a preservative, an inhibitor of microbiological activity) has been added. Bo: Henrik Thunman jobbar redan inom modellering av förbränning i en fast bädd. Resultatet från hans modellering ska jämföras med mätningar som ska genomföras på SP. Modelleringen som utförs är 1D men en ambition är att förenkla modeller så att man kan komma vidare till 3D-modellering. En första del av arbetet kommer att presenteras på Combustion Institute-mötet i Italien, kommande sommar.

8 Diagnostikprojektet, Marcus Aldén Delprojekt: 1. Development of techniques for practical applications; High pressure, High speed, multiple parameters, surface/droplets, 2D thermometry, (M. Aldén) 2. Soot particle characterization & accurate single point T measurements (P. E. Bengtsson) 3. Simultaneous velocity & scalar (M. Linne) Status i delprojekt: Personer anställda i projektet: 1. Johan Zetterberg, PhD student (Filtered Rayleigh, IR spectroscopy. 2. Joachim Walewski, Post.doc (PS spectroscopy). Ny student på väg in. 3. Ny student på väg in (David Sedarsky). Bilaga 2.1 Modelleringsprojektet, Lars-Erik Eriksson Projektet löper som tidigare. Det som funderats på är hur man bäst använder de tillgängliga medlen för att stimulera samarbetet. Tanken är att ha arbetsmöte inom ett avgränsat ämnesområde inom modelleringsprojektet. En annan idé är att ha gemensamma publikationer. I samma anda har Niklas Nordin redan lagt upp planer för att göra en benchmarking mellan de olika modeller (CMC<->PaSr) som används, så långt detta nu är möjligt. 8. Förslag på Benchmarking Marcus Aldén och Lars-Erik Eriksson drog de båda förslagen för Benchmarkingaktiviteter. Utvärderingen ska ske på basis av tekniska/akademiska värden samt det strategiska värdet, i kort ska det aktiviteterna i möjligaste mån vara i linje med CECOST:s policy. Beredningsgruppen var överens om att: De båda förslagen kompletterar varandra, dvs. om alla pengar satsas på ett (1) alternativ så kommer intressant information att gå förlorad. Därmed bör medlen fördelas, men hur denna fördelning skall ske kunde/ville man inte enas kring. En formell skillnad i aktivitetsbeskrivningarna är att Gasturbin-förslaget tagit upp en uppskattning av den merkostnad som CECOST aktiviteten skulle leda till emedan förslaget från Spray-riggen tagit upp en uppskattning av totalkostnaden för verksamheten. Beredningsgruppen föreslog att: Sven Andersson på Chalmers skulle kommentera på vad han skulle kunna göra med halverad budget under förutsättning att resultat från D-level-projektet kan användas. Detta skulle leda till att man kunde göra kompletterande mätningar och på så sätt nå goda resultat med en lägre insats. Peter Lindstedt (frånvarande vid dagens möte) ansågs vara en lämplig person för att göra en bedömning av de båda projekten utifrån ett internationellt perspektiv. Efter Peters och Svens kommentarer skall ett gemensamt förslag arbetas itereras fram mellan CTH och LTH för att beslutsunderlag skall föreligga på styrelsemötet. Allmänna kommentarer var att mätningar i Spray-riggen har ett omedelbart intresse för majoriteten av modelleringsprojektet inom CECOST och GenDies-projektet, samtidigt som resultat från Gasturbinriggen är mer generiska och även dessa är intressanta inom Modellering och Gasturbinprojektet.

9 Bilaga Boman Axelsson presenterade avtalsläget. Enligt Susanne Kristensson skall avtalet snart vara klart. STEMs regler för vad som får räknas som naturaförmån, och därmed får ingå som motfinansiering, är inte i linje med vad industriparterna räknade med. Detta har blivit en liten stötesten och beskedet för närvarande är att industrin redovisar enligt sina mallar varpå beslutet skjuts upp till kommande styrelsemöte. Avtalet mellan högskolorna inväntar att projektavtalet blir klart. Högskolorna efterlyste någon form av kontrakt, vilket formellt behövs för att arbetet skall kunna starta. Boman skall tillsammans med Susanne ta fram ett 1-sidigt avtal som kan användas till det slutliga avtalet föreligger. 10. Göran Holmstedt beskrev verksamheten i forskarskolan och förmedlade ett informationshäfte angående kommande kurser. Samtliga medverkande skall hjälpas åt att skapa aktualiserade sändlistor för förmedling av information kring CECOSTs kursverksamhet. 11. Tid för kommande möte sattes till torsdagen den 11 september med start klockan 10: Övriga frågor Göran Holmstedt tog upp ett önskemål att använda en del av potten för extern kompetens till att bekosta utrustning och kompetens inom Biobränsleprojektet. Detta aktualiserade frågan kring rutiner och tolkningar om vad som skall räknas som extern kompetens. Göran skulle återkomma med en formell ansökan, inom en vecka, som kunde snabbehandlas, inom en vecka, och därmed komma med till styrelsemötet. Beredningsgruppen poängterade emellertid att detta var inte ett förfarande som skulle normaliseras utan förslagen skall distribueras i god tid före mötet. Ingemar Magnusson informerade om att inom EU:s sjätte ramprogram kommer det troligen att skapas ett Network of Excellence (NoE) Eco-Engines som kommer att arbeta med HCCI-inriktning. Detta NoE har möjligen ett intresse av att använda CECOST:s vana inom distansutbildning över Internet för sina ändamål. Detta såg varken Göran eller Marcus några problem med och Göran meddelade att det finns utrymme för en tredje sommarskola inom vilken man ska behandla relevanta ämnen. 13. Mötet avslutas. Vid protokollet: Boman Axelsson Justeras: Rolf Gabrielsson Marcus Aldén

10 Bilaga 3 CECOST s forskarskolas kurser ht 2002 och vt 2003 Under ht 2002 gavs enligt planerna två 5p kurser, Combustion Science (P-E. Bengtsson LTH och S. Andersson CTH) och Combustion Devices (B. Leckner CTH, R. Gabrielsson, LTH, G. Lundholm LTH, Ångström KTH) och en sommarskola (VXU, LTH). Fördelningen av deltagare på kurser var: Fördelning på kurser ht Antal elever Comb Sci Comb Dev Aer Part Totalt 0 CTH KTH LTH VXU Kal. Utl. Univ Stat.org Industri Procentuellt var fördelningen: FÖRDELNING AV 76 ELEVER HT % 5% 20% CTH 9% KTH 1% LTH 3% VXU Kal. 19% Ult. Univ Stat.org 39% Industri 1

11 Bilaga 3 Under vårterminen 2003 pågår två kurser, en 5 p kurs, Chemical Kinetics (F. Mauss, LTH) och en 2 p kurs, Project Management (U. Ljungqvist, VXU) En ny 5 p kurs. Turbulent Combustion (J. Chomiac, CTH och T. Burden, KTH) startar i april. Fördelningen på de pågående kurserna är: Chem. Kin 16 st, Proj management 21 st Antal kursdeltagare CTH KTH LTH GU VXU GU Delft Imp Coll Ind Chem.Kin Proj. Man Budgeten för för den nya forskarskolan följer planerna med undantag av att det ännu inte givits en kurs i ledarskap. Skälet till förseningen är att starten för doktoranderna i de teoretiska projekten försenats. En redovisning av budgetläget kommer att redovisas på CECOST s styrelsemöte den 13 mars Lund den 5 mars 2003 Göran Holmstedt, Studierektor. 2

12 Bilaga 4 1 (2) Ärende: Generaldirektören beslutar att fastställa följande riktlinjer för motfinansiering genom naturabidrag. Beslutet tillämpas för förordningarna 1998:222, 1998:653, 1998:654 samt 1999:344 Utgångspunkten för beräkning av företagens naturabidrag är att företagens insatser beräknas enligt självkostnadsprincipen utan vinstpålägg eller någon form av omkostnadspålägg. Kostnadsunderlaget ska vara reviderbart i enlighet med villkorsbilaga A2. Lönekostnader differentieras med avseende på personalkategori. Följande riktvärden ska tillämpas: o kategori 1. Chefstjänstemän, seniora forskare internpris, dock max 750 kronor per timme o kategori 2. Teknisk personal internpris, dock max 500 kronor per timme o kategori 3. Rutinmässiga arbetsuppgifter internpris, dock max 250 kronor per timme Andra insatser respektive önskemål om annan beräkningsgrund för persontid ska specificeras i en särskild bilaga till ansökan. Materialkostnader får ingå i beräkningsunderlaget endast i det fall de är uppenbart projektspecifika. Materialet ska uteslutande eller så gott som uteslutande användas i projektet. STEM009 ver.ä-1.0, Box Eskilstuna Besöksadress Kungsgatan 43 Telefon Telefax stem@stem.se Org.nr Maskinkostnader, kostnader för laboratorieprov o dyl beräknas enligt gällande interna prislistor eller kalkyleringsprinciper.

13 Datum Bilaga 4 2 (2) Stilleståndskostnader orsakade av försök ingår normalt inte i kostnadsunderlaget. Kostnader för dyrbar utrustning etc. kan i undantagsfall skrivas av med en tredjedel per år. Om utrustningen får användning efter att projektet är avslutat, tillämpas hyrprincipen. Om anslag beviljas till dyrbar utrustning måste äganderätten till och förvaltningen av utrustningen regleras i projektbeslutet. Kostnader för externa forskare och annan extern personal inkl resor och uppehållskostnader redovisas särskilt och enligt självkostnadsprincipen. Vid internationellt forskningssamarbete bör riktlinjerna kunna jämkas för att så långt möjligt och rimligt uppnå likvärdig behandling mellan svenska och utländska företag Kostnader för arbetsinsatser i styr- och referensgrupper ingår normalt inte i beräkningsunderlaget. Kostnader i samband med deltagande i konferenser, seminarier, studiebesök och liknande ska inte räknas in i beräkningsunderlaget. Thomas Korsfeldt Vid den slutliga handläggningen har därutöver deltagit: Kopia: CK

14 BILAGA 5.1 CECOST Benchmarking at LTH: A Next-Generation Validation Flame Mark Linne, Marcus Alden Division of Combustion Physics Lund Institute of Technology Introduction There is an established record of success in the development and operation of model validation flames within Sweden. Data from Validation Rig I, for example, has been used for over a decade as a high-fidelity database for model validation. That was a fairly simple turbulent flame stabilized over a triangular cross section bluff body. For this reason, it was straightforward to describe computationally. Modern industrial premixed combustors, however, use a swirling flowfield to create a short recirculation zone in the main chamber, and this flowfield anchors the lean, premixed flame. Flame stabilization under lean, premixed conditions is key to simultaneous reduction of emissions and improvement in efficiency. It is also critical for the use of low value fuel/air mixtures as encountered when using bio-fuels, for example. Swirl stabilization has not been investigated in validation flames in the past. We propose, therefore, the initiation of a new premixed, swirl stabilized burner at LTH to be used for non-intrusive, high quality measurements for combustion model validation. LTH is uniquely equipped to develop this next-generation, standard validation flame. The Lund University Combustion Center has a newly commissioned high-pressure rig that provides unique capabilities. It operates at realistic pressures, temperatures and mass flow rates, while providing optical access to the flame zone for advanced laser diagnostics. The rig can burn natural gas, liquid fuels and low value fuels. Moreover, LTH has an array of both standard and truly unique laser diagnostic facilities, which can be used to provide data that would be otherwise unavailable. This combination of the high-pressure rig and important but unique diagnostic capabilities is unmatched elsewhere. Recently, a new Advanced Gas Turbine Modeling and Simulation Program was instituted within the International Energy Agency (IEA), under the subgroup on Energy Efficiency and Emissions Reduction in Combustion Systems. The technical committee for this program represents an international collaboration focusing on the kind of validation flames just described. The Lund Institute of Technology has been invited to participate in this international collaboration. The founding membership of the subgroup includes in addition to the Lund Institute of Technology, the Universities of Heidelberg (Prof J. Warnatz) and Darmstadt (Prof J. Jannicka) in Germany, Cranfield University (Prof. D.A Greenhalgh) in the United Kingdom, the University of Toronto (Prof. Ö Gulder) in Canada, the National Energy Technology Laboratory (Dr. G. Richards) and Sandia National Laboratories (Drs. R. Schefer/J Keller) in the United States, and Keio University (Prof. M. Maeda) in Japan. All of these truly represent world-leading laboratories in the area of combustion diagnostics and/or modeling. Additional groups can join via a prescribed process. The proposed validation flame can therefore perform an important function for Swedish institutions (academic and industrial), and it can have an international impact as well. The High-Pressure Rig at LTH This new facility occupies a corner of the new Enoch Thulin laboratory at LTH (see Figure 1). The main parameters for the rig are: up to 1.3 kg/s air flow rate at an inlet temperature of up to 1000 K and inlet pressure up to 16 bar. The high-pressure test rig is designed for investigation of combustion phenomena, to provide data for validation of combustion models, 1

15 BILAGA 5.1 and for development of new diagnostic methods. The scale of the facility ensures that experimental studies can be performed at industrially relevant size and conditions. Figure 1 contains a schematic of the equipment associated with the rig. Air for the facility is compressed up to 16 bar by a large Roots blower located on the lower floor, while natural gas is compressed in a neighboring room (both are depicted in blue, on the first floor in Figure 1). The facility also has pumps for liquid fuels including kerosene, diesel fuel, and volatile liquids such as naphtha. A gas cylinder facility can be used to supply hydrogen or other bottled gases. The compressed air flows up to the next floor where it is introduced into the burner housing, which is located in the center of the flow system. This housing, which was designed and proven at Volvo Aero, is square in Figure 1. Schematic of the high-pressure facility at LTH. cross-section with windows on all sides. There is actually an inner wall (to contain thermal energy) and an outer wall (to withstand the pressure), and both sets are fitted with windows. The compressed air flows from the center towards the right in Figure 1, between these two walls, cooling the inner window set. In fact, a small amount of inlet air is allowed to flow along the boundary layer of the inner duct, to cool the insides of the inner windows. Most of the air, however, flows towards the right in Figure 1 (inside the annulus of the long gray horizontal cylinder) until it reaches the electric preheater (the vertical gray structure on the second floor), which heats the air up to a maximum of 1000 K. Electric preheating provides excellent control over the combustor inlet temperature. The air then flows inside the inner cylinder back to the left, towards the combustor. Combustion can occur within various ducts that are mounted inside the optically accessible, 10 cm x 10 cm housing. Combustion products then pass through an adjustable orifice, which controls the pressure drop down to ~1 bar downstream (a system also designed and proven at Volvo Aero). This device offers excellent control over the chamber pressure. Water jets cool the combustion products and they flow out the exhaust system mounted on the roof. As an alternative, jet mixing can be studied without combustion. The resulting mixture of fuel and air is then burned in the natural gas-stabilized afterburner (the thick horizontal gray housing to the left on the second floor). In addition to these facilities, the rig has fully automated control and safety systems. A water-cooled gas-sampling probe is mated to a standard gas analysis (O 2, HC, CO, CO 2, NO) rack. Measurement of pressure fluctuations via piezoelectric transducers is also provided. 2

16 BILAGA 5.1 Proposed Swirl-Stabilized Validation Burner LTH and Volvo Aero have discussed the idea of jointly developing a swirl stabilized validation burner, based loosely upon an existing Volvo Lean Premixed, Prevaporized (LPP) design (see Figure 2). As currently used, compressed air enters the swirl vanes at the top of the duct (denoted by number 1 in the figure). The swirling gas then passes through an inner premix duct (number 2) into the main combustion chamber (number 3) where it is ignited by the pilot flame (number 4). Mixing is enhanced by a counter-swirler vane (number 5). This flowfield creates counter-rotating vortices in the main chamber (not shown) and these help to stabilize the flame within a short overall flame length. The image also contains a pilot injector (6), igniter (7), and fuel injectors (8, only 1 is shown). While fairly simple in appearance, this device is too complex for model validation. This chamber presented in Figure 2 has not yet been subjected to detailed analysis and design, for use as a validation flame. One can see, for example, that the Volvo duct is mounted in an acoustically complex but realistic combustor canister. This project must begin, therefore, with a detailed design effort that is conducted in collaboration with model developers. It would also prove beneficial to have computational partners begin modeling the validation duct even before experiments commence, in order to uncover special needs as quickly as possible. It is clear already that the chamber itself will have to be modified to provide clean boundary conditions. This will include either setting the downstream automatic choke valve of the rig in one fixed position, or replacing it with a simpler end condition (depending upon input from nearly-cylindrical inner wall window chamber window mount Figure 3. Schematic cylindrical cross section with flat windows. 5 modelers). The premix duct (number 2) may be extended to dissipate wake effects from the swirler vanes (1), and the counter swirler (5) will be removed to simplify the flow. The pilot in the center can be left in place or removed. When in place, the combustor can be operated as a partially premixed device; the pilot flame will thus be a simple non-premixed jet flame that mixes into the non-reacting premixed fuel/air flow entering the chamber from the swirler. Such flows are of current interest to the nonpremixed flame community. The first stage of development will therefore use the pilot in this way, in order to more quickly and safely commission the first duct design while simultaneously providing data of interest to modelers. In this stage of experimentation, the duct would be operated first on methane and air and later on various gas-phase fuels. When using gas-phase fuels, the premixed flow would pass through an acoustic choke before entering the swirler to provide clean boundary conditions. It will also be necessary to provide a nearly cylindrical chamber wall, to which Figure 2. Schematic of the existing Volvo LPP duct

17 BILAGA 5.1 we will affix windows (see Figure 3). This will avoid the computational complexity posed by corner flows. For the second stage, the pilot will be removed and the burner operated as a fully premixed duct. This would make the burner operate over a smaller range of fuel/air mixtures, but experience at Volvo indicates that it will work well for validation purposes. In this configuration, the burner can be used for acoustic studies as well. As a final stage, liquid fuels can be introduced through the injectors (8) and similar experiments conducted. Liquid fuels like dimethyl ether would evaporate very quickly and provide a flow very much like the natural gas flames, while more realistic liquids will present more serious modeling challenges. In order to provide clean boundary conditions in this case, it may be necessary to fully characterize the flow exiting the swirler. As mentioned before, when necessary for model validation it will be possible to return to any of the three stages for new measurements. Laser Diagnostics at LTH The rig is purposely attached to the Enoch Thulin laboratory in order to place it in proximity to the laser diagnostics systems at LTH. These systems include both well-known diagnostics and new techniques under development. Standard techniques that will be made available for use in the facility include: 1) Temperature at single point via Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS), 2) Temperature imaging via filtered Rayleigh scattering, 3) Minor gas-phase species via absorption, Laser Induced Fluorescence (LIF), Planar LaserInduced Fluorescence imaging (PLIF), polarization spectroscopy etc., 4) Major gas-phase species via Raman scattering, 5) Fuel imaging via Mie scattering, Rayleigh scattering and PLIF, 6) Soot via Laser Induced Incandescence imaging (LII), 7) Velocity via Laser Doppler Anemometry (LDA) or three-dimensional Particle Image Velocimetry (PIV). The equipment for these diagnostics exists at LTH, but in several cases it will be necessary to collect it together, set it up, and then prove the measurement. As one example, vibrational CARS has been performed at LTH in the past and a laser system exists. It will need to be set up near the high-pressure rig, however, and then the CARS code will have to be tested, improved, and proven at high pressure. LTH has several genuinely unique diagnostics capabilities. A fast framing camera and tunable laser system provides LIF imaging in a sequence of up to 8 images with repetition rates ranging from 100 Hz up to 100 MHz. This system can also rather easily be used for 3-D visualization. A high power, narrow band alexandrite laser provides access to species with unusual spectral features. As one example, there is a possibility that the alexandrite laser can be used to measure HCO (the hydroperoxy radical) via an absorption-based technique. HCO is a direct marker for heat release, which would be a key measurement for the acoustic instability problem. To-date, a direct measurement of heat release has not possible for unsteady combustion studies. Coupling to other programs and transfer of knowledge We envision that the proposed experimental program will couple through the CECOST Benchmarking activities to model developers within Sweden. By collaborating in the international IEA program, LTH will also strengthen the overall Swedish combustion research activities. 4

18 BILAGA 5.1 The present program should also be of great interest for Swedish companies involved and relying on optimized combustion apparatus, mainly gas turbine manufacturers like VOLVO Aero Corporation, ALSTOM Power Sweden, TURBEC but also companies like Sydkraft, Vattenfall, VOLVO Car Company, VOLVO Power Train, SCANIA and SAAB Automobile manufacturers should benefit from a strong Swedish activity in the area of premixed turbulent combustion. It is further believed that a strong advantage by the LTH engagement is the fact that the Combustion Centre in Lund is a European Large Scale Facility within the Combustion area, which means that European scientists could come to Lund and use the rig and optical facilities free of charge. Conclusions The outcome of the proposed research program will be significantly improved understanding of lean premixed and low value gas combustion at realistic scales, pressures and temperatures, and the development of more robust and accurate codes for design of nextgeneration gas turbine combustors. Economic proposal Clearly, an ambitious program like this cannot be fully funded by one CECOST project. It will be necessary to fund various portions of it as the program develops. For the CECOST Benchmarking activity, we can propose various components with their associated costs, and request the CECOST board to fund as much as they see fit. The suggested yearly costs to be covered by the CECOST Benchmarking budget are: personnel costs for measurements 300,000 SEK, running cost for laser diagnostics 150,000 SEK, burner design and a portion of the construction costs 100,000 SEK. running cost for the burner 200,000 SEK 5

19 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik Chalmers proposal for CECOST benchmarking activities Niklas Nordin, Sven Andersson, Lars-Erik Eriksson, Ingemar Denbratt Dept of Thermo and Fluid Dynamics, Background Spray combustion is encountered in several types of energy-related applications, for example Diesel engines and conventional gas turbine combustors. Due to the widespread use of these engines the emissions of NO x, PM/soot, unburned hydrocarbons, CO, etc are of great concern both for local air quality and for global climatic effects. Today it is recognized that significant improvements in engine design needs the combined strengths of laboratory testing and CFD analysis. For this reason all major industrial players in this area are actively sponsoring research for developing CFD modelling tools for spray combustion. Accurate CFD predictions of emissions from Diesel spray combustion are dependent of a number of sub-models. The spray model, for predicting the interaction between liquid droplets and the gaseous phase in terms of mass transfer (evaporation), momentum transfer (entrainment) and energy transfer (heating of liquid droplets). The turbulence model, accounting for the influence of the sub-grid fluctuations, and last but not least the combustion model for calculating the rate of conversion of fuel to the final products. The initial conditions in this chain of events leading up to the final result is thus supplied by the spray model and, hence, provide the input for both the turbulence and combustion model. It is clear that if we want to have accurate and reliable CFD calculations we must have the correct input, or initial conditions, otherwise the whole chain will break down. Diesel spray simulations are today, for engineering purpose, done in a Lagrangian/Eulerian framework, where the gas-field is calculated in a Eulerian way and the liquid in a Lagrangian manner. The combination of both these representations creates problems of a numerical nature that reduce the reliablity of the calculation and necessitate experimental input. This numerical problem can be illustrated by Figure 1. 1(7)

20 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik Quality Eulerian Lagrangian ( 1/Cellsize ) Number of Cells Figure 1. Behaviour of CFD calculation for the two approaches as mesh resolution is increased. For an Eulerian calculation the quality of the result is generally increased as the number of cells increase, but at a certain point no further improvement is achieved. A mesh-independent solution has then been obtained. This guarantees that the calculation is a result of the sub-models only. The mesh-independence feature is not as clearly present in a Lagrangian/Eulerian calculation. As the number of cells are increased, the quality can either increase or decrease and it is difficult to know a-priori where this break-point occurs. The root cause of this problem is the fact that in the beginning of the spray, where the volume fraction of the liquid phase is almost 100 %, the interaction between the two phases becomes very difficult to model. Thus, the calculation will differ if the mesh is changed and without the experimental results, it is impossible to say if the change was for the better or for the worse. This effect is usually not visible in a RANS calculation, since it does not require a very fine mesh, but when switching an LES calculation the grid-resolution has to be increased significantly to resolve the turbulent scales and this will introduce the undesired effect described above. The spray will also create a highly turbulent gas jet as it enters the combustion chamber due to the entrainment effect. It is generally not known how large the produced level of turbulent intensity is in this gaseous flow, or even the length scales involved. The turbulence properties are important as it provide the input to the combustion, or turbulence/chemistry interaction, model. Hence any measurements of turbulence levels would provide vital information to both spray/turbulence interaction, as well as turbulence/chemistry interaction. From what has been mentioned above, it is clear that the two-phase modelling aspects of spray combustion are as important as the combustion modelling aspects. In order to obtain a good validation process of all sub-models both non-reacting and reacting spray data is needed. There is thus ample motivation for experimental activities in this area, focussed on the building up of a high quality data base. 2(7)

21 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik Existing spray rig The basic validation tool for spray and spray combustion is the high-pressure high-temperature spray rig at the department of Thermo and Fluid Dynamics, Chalmers. This rig permits basic studies of sprays in engine-like conditions, i.e. pressures and temperatures corresponding to those found in an engine cylinder at the time of injection.( It is important to emphasize that the spray rig is not a substitute for an engine but a complement in which basic research can be carried out.) The spray rig consists of several parts, and the gas experiences the following parts on its way through the installation: a high pressure compressor, gas heaters, the spray cell, a gas cooler whereafter the gas is leaving the system, i.e. it is a once-through system with no recirculation of gas, Figure 2. Important features of the spray rig are: Maximum pressure 100 bar, Maximum temperature 900 K, Through the spray rig the gas is flowing with a low velocity (of the order 0.1 m/s), low enough not to have any influence on the spray characteristics. The gas flow from top/inlet to bottom/outlet of the spray cell refreshing the atmosphere in the cell within a few seconds, thus making measurements possible approximately every 5 th second, One pressure vessel with windows at 0, 90, 180 and 270, useful for LIF, Schlieren, MIE, LII etc. measurements, Another pressure vessel with windows at 0, 115 and 215, making PDA measurements possible, The system can be operated with pure air or with air diluted with nitrogen. Standard injectors, both for diesel and gasoline can be used. However, the cell will primarily be equipped with single-hole injectors in order to avoid wetting of the windows. The fuel pumping system can be any system (in-line pump, common-rail etc), except where the pumping is mechanically connected with the spray cell as in the case of the unit injector. Since there is a continous flow through the spray cell the gas in the cell is renewed after a few seconds. Thus both measurements where averaging is important and single injection can be used. 3(7)

22 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik Figure 2. The high-pressure high-temperature spray rig at Chalmers showing the gas heaters, the spray cell and the gas cooler Existing measurement techniques The spray cell has been in operation for almost 4 years. During this period several projects have been carried out involving many different measurement techniques. Some examples: In an EU project about diesel sprays under high-pressure and temperature conditions the techniques used were Rayleigh scattering, LIF and LII. Two CERC projects did joint measurements using direct photography, 2 colour pyrometry and Schlieren visualization. Both spray and spray combustion properties were studied. 4(7)

23 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik Another EU project looked into gasoline spray characteristics, both free sprays as well as the interaction with a wall, using PDA, LIF and Exciplex. In a Green Car project spray properties using different fuels and both low and pressures and temperatures are studied. The techniques used are PDA, MIE, LIF and Exciplex. In another Green Car/PFF/CERC joint project the influence of nozzle properties on diesel sprays and spray combustion were studied using MIE, OH chemiluminescence and Exciplex. The fuels used in these measurements were both real gasoline and diesel, as well as model fuels suitable/necessary for some of the measurement techniques. Together with the measurements in the high-pressure, high-temperature spray rig measurements of the jet flow from the injectors are carried out. The time-resolved fuel flow is an important boundary condition for modellers. CFD viewpoints on desired database The following points summarize some of the expressed viewpoints from the CFD side. Note that the questions can it be done? or what has been done? are not addressed here. Non-combusting spray cases are desired for validation of spray model, preferably pure N 2 or N 2 -diluted air cases for which no ignition occurs. Combusting spray cases are of course also desired. Information about turbulent length and time scales and intensity, both prior to injection and also during spray evolution (both non-combusting and combusting spray if possible). Information about gaseous jet around spray, to validate interaction model. Droplet data, statistical. Visualisation of spray development. Liquid/gas concentrations. Multi-YAG laser visualizations of flame, either multi-surface for 3D or multi-time for temporal evolution. Ignition time and place is important. Soot imaging, for example by LII. Species concentrations are always desirable, either major species or radicals, or both. Experiments that previously have been done only focused on a few of these points. Thus, all initial conditions and parameters have not been known when performing the calculations. In order to perform a calculation in spite of this, conditions must be guessed which further increase the uncertainty of the results. It would therefore be preferential to have access to a data base with consistent set of data where initial and boundary conditions are well established in addition to measured data of various fields. Proposed benchmarking activities/work plan In view of this we propose a set of measurements in the spray rig starting with characterization of the conditions in the spray cell followed by measurements of the velocities in and around the spray. Finally, measurements of spray combustion phenomena should be carried out. Thus, the benchmarking activity should include measurements that establish 5(7)

24 BILAGA 5.2 CECOST Chalmers/Termo och Fluiddynamik the properties within the spray cell. Measurements and calculations of the temperature field inside the spray cell show that there is a risk for having areas with low temperature inside the bomb below the injector. The cause of this is probably natural convection driven by temperature difference between the incoming gases and cooled walls inside the bomb. Thus, the risk is higher for high temperature measurements than when operating at low temperatures. Still, a thorough investigation of the temperature field as a function of temperature level, wall temperatures and gas velocities should be carried out. Also, reconstruction of parts of the cell should be done with the purpose to eliminate e.g. temperature fluctuations, thus creating conditions which give good repeatability of spray, spray ignition and spray combustion phenomena. velocities in and around the fuel spray. Many measurements focus on the liquid and gas phase distribution but with very little information about flow/velocities. Some reasons for this is the difficulty to carry out measurements where liquid concentration is high, the high velocities, the transient behaviour and the small dimensions. For a modeller it is essential to have good quality information about both velocities, temperature and concentrations of a spray (irrespective of combustion or not). temperature and concentration fields of a spray of a certain fuel under engine-like conditions, i.e. in the high-pressure, high-temperature spray cell. Many already established methods should be used, some of these, however, for the first time in the spray cell. The fuels used should not be too many. Since both standard fuels and model fuels will be used it is better to compare these fuels than introducing a large number of fuels with different properties. Time plan The work is carried out during three years according to the following plan: Year 1: Characterization of temperature and flow characteristics in the spray cell before fuel injection. Modification of the spray cell followed by further measurements to check new properties. Year 2: Measurements of velocities in and around the fuel jet/spray. Part of this work start already during year 1 (the part where investigations how velocity measurements under spray cell conditions can be carried out). Year 3: Measurements of spray, spray ignition and spray combustion phenomena using available optical techniques. Possible cooperation with other CECOST partners Some measuremnets/investigations are carried out entirely within the Department of Thermo- and Fluid Dynamics, e.g. spray cell characterization, whereas other need the cooperation with Department of Physics at Chalmers/GU as well as Department of Combustion Physics at LTH. Also some measurements would probably benefit from a close cooperation with experimentalists and modellers in the automotive industry. 6(7)