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Microstructure-Informed Numerical Framework for Predicting the Response of TBC System

Descripción del proyecto

Mejorar la durabilidad de las turbinas de gas en un futuro renovable

A medida que el panorama energético evoluciona hacia una mayor dependencia de las fuentes de energía renovables variables, las tecnologías de turbinas de gas deben adaptarse. Esta transición requiere tasas de incremento más elevadas y un aumento de las operaciones cíclicas, lo que somete a estrés a los componentes calientes y reduce su vida útil. Las temperaturas de entrada actuales de las turbinas, de 1 500 ºC, deben aumentar a 1 800 ºC para mejorar la eficiencia, pero esto supera los límites de las superaleaciones de alto rendimiento, lo que puede provocar el fallo de los sistemas de recubrimiento de barrera térmica. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto MIM-TBC está desarrollando un marco mecanicista y sensible a la microestructura para predecir la deformación y la progresión de los daños en los sistemas de recubrimiento de barrera térmica MCrAlY-YSZ. Con esta investigación se intenta mejorar la durabilidad y fiabilidad de las turbinas de gas, lo que garantiza su longevidad en un entorno energético cambiante.

Objetivo

Among conventional power generation systems, gas turbine (GT)-based technologies provide the optimal balance between reliability, affordability, and, most importantly, flexibility in the face of a substantial proportion of variable renewable energies (VREs). In response to intermittent VREs, the operational profile of GT will shift towards higher ramp rates, more frequent peak-load/base-load cyclic operations, and a greater number of start-ups which will negatively affect the life cycle of hot components. On the other hand, to enhance efficiency, the turbine inlet temperature should increase from the current 1500℃ to 1800℃, exceeding the temperature limit of high-performance superalloys (1300℃) and imparting the severest thermo-mechanical loading on hot gas path components being coated with indispensable overlay or diffusion type thermal barrier coating (TBC) systems. Owing to the multifaceted and severe consequences of protective coatings failure, research to predict interrelated deformation, chemo-thermo-mechanical degradation and subsequent failure of TBC systems particularly under high-temperature thermal cycling is a top priority. Experimental durability tests, which are primarily based on empirical fitting of coatings mass loss data, are incapable of predicting the lifetime and long-term degradation of a TBC system. In light of the above circumstances, it is extremely beneficial to develop comprehensive modeling techniques that are capable of replacing time-intensive and limited-scope experimental endeavors. Among the different options available, MCrAlY-YSZ (with M being Ni or Co) arises as the most common protective coating system. MIM-TBC project aims at developing a mechanistic and microstructure-sensitive framework for predicting deformation, damage progression, and lifetime of the MCrAlY-YSZ TBC system. Specifically, the framework will be organized to achieve the following specific objectives: O1) A microstructure-sensitive framework for deformation analysis of MCrAlY-based TBC system under thermal cycling O2) Physically-based lifetime prediction of MCrAlY-based TBC system under thermal cycling.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinador

FUNDACION IMDEA MATERIALES
Aportación neta de la UEn
€ 181 152,96
Dirección
CALLE ERIC KANDEL 2 PARQUE CIENTIFICO Y TECNOLOGICO TECNOGETAFE
28906 Getafe
España
Región
Comunidad de Madrid Comunidad de Madrid Madrid
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
Sin datos