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

Description du projet

Renforcer la durabilité des turbines à gaz dans un avenir renouvelable

Alors que le paysage énergétique évolue vers une plus grande dépendance à l’égard de diverses sources d’énergie renouvelables, les technologies des turbines à gaz doivent s’adapter. Cette transition exige des taux de rampe plus élevés et de plus nombreuses opérations de cycle, ce qui met à rude épreuve les composants chauds et réduit leur durée de vie. Les températures d’entrée des turbines, actuellement de 1 500 ºC, doivent être portées à 1 800 ºC pour améliorer les performances, mais ceci excède les limites des superalliages à haute performance, ce qui risque d’entraîner la défaillance des systèmes de revêtement à barrière thermique. Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet MIM-TBC développe un cadre mécaniste et sensible à la microstructure destiné à anticiper la déformation et la progression des dommages dans les systèmes TBC MCrAlY-YSZ. Cette recherche entend améliorer la durabilité et la fiabilité des turbines à gaz, afin de garantir leur longévité dans un environnement énergétique en pleine mutation.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

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

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinateur

FUNDACION IMDEA MATERIALES
Contribution nette de l'UE
€ 181 152,96
Adresse
CALLE ERIC KANDEL 2 PARQUE CIENTIFICO Y TECNOLOGICO TECNOGETAFE
28906 Getafe
Espagne
Région
Comunidad de Madrid Comunidad de Madrid Madrid
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
Aucune donnée