Turbulente Verbrennung nahe der Verlöschgrenze

Entwicklung einer Strömungsapparatur zur Untersuchung vorgemischter turbulenter Flammen nahe der mageren Verlöschgrenze mit Wasserstoffaddition 

Hintergrund:
Auch wenn moderne Fluggasturbinen bereits hohe Wirkungsgrade erreicht haben, besteht, um aktuellen und zukünftigen Klimazielen gerecht zu werden, nach wie vor die Notwendigkeit sie in Hinblick auf Emissionen wie NOx, Ruß, CO und anderen Aerosole zu optimieren. Eine Möglichkeit dazu bietet das Konzept der mageren Verbrennung, welche durch Reduktion des Brennstoffanteils im vorgemischten Gasstrom zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen, somit zu geringeren Bauteilbelastungen und einer reduzierten Ausbildung von thermischem NOx führt. Werden Gasturbinen nahe der mageren Verlöschgrenze betrieben, kann man diese Effekte maximieren, jedoch bringt dies auch Herausforderungen mit sich. Reduziert man den Brennstoffanteil zu stark, überschreitet das Gemisch seine Brennbarkeitsgrenze, Mechanismen verlieren ihre zuvor stabilisierende Funktion und die Flamme verlischt. Tritt ein solches Verlöschen ein, kann dies zu schweren Umweltbelastungen durch entweichende unverbrannte Kohlenwasserstoffe, zu Effizienzeinbußen, monetären Verlusten und schlussendlich einer Gefahr für Leib und Leben im Luftfahrtbereich führen. Um die Vorteile des Betriebs nahe der mageren Verlöschgrenze effizient zu nutzen ist es folgend erforderlich die Prozesse in technischen Verbrennungsanwendungen zu analysieren und zu verstehen.

Ziel:
Das Ziel ist die Entwicklung eines Testbrenner, welcher relevante Geometrien und Eigenschaften technischer Gasturbinen im Labormaßstab abbildet um die Interaktion von Reaktionsprozessen und turbulenten Strömungsparametern untersuchen zu können. Durch die messtechnische Untersuchung der Chemie-Turbulenz-Interaktion unter realitätsnahen Betriebsbedingungen sollen Erkenntnisse über die Stabilisations- und Verlöschmechanismen aus dynamischer und kinetischer Sicht gewonnen werden. Basierend darauf soll die Möglichkeit geschaffen werden anhand von experimentellen Daten numerische Modelle für die prädiktive Analyse und Berechnung neuer Systeme zu validieren und weiterzuentwickeln. Durch diesen gesamtheitlichen Ansatz aus experimenteller Untersuchung der Funktionsweise und deren Anwendung zur numerischen Modellentwicklung, soll das grundlegende Verständnis erweitert und für die technische Anwendung zugänglich gemacht werden.

Prüfstand:

• PIV / PLIF (Particle Image Velocimetry / Planare Laserinduzierter Fluoreszenz)

Verantwortliche Person: Adrian Breicher