Experimentelle Untersuchung der Interaktion von Drall-stabilisierten Flammen unter Druck mit effusionsgekühlten Wänden hinsichtlich thermochemischer Zustände, Reaktionsgeschwindigkeiten und Schadstoffbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Dreizler
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438780584

In diesem Projekt soll die für Fluggasturbinen relevante Interaktion zwischen global mageren Verbrennungsprozessen und der notwendigen Luftkühlung der Brennkammerwände experimentell untersucht werden. Der Fokus liegt hierbei auf der Beeinflussung der thermochemischen Zustände, der Reaktionsraten sowie der Schadstoffbildung des Kohlenmonoxids durch eine Effusionskühlung. Steigende Anforderungen an moderne Fluggastriebwerke hinsichtlich ihrer Schadstoffemission, wie sie beispielsweise in den Zielvereinbarungen ACARE2020 oder auch des Flightpath 2050 verankert sind, erfordern einen Wechsel des Verbrennungsmodus von Fett-Mager-Verbrennung hin zu mager-vorgemischten Konzepten. Die vorgemischte Verbrennung führt zu niedrigeren Spitzen-temperaturen, was eine geringere Produktion von thermischen Stickoxiden bedingt. Allerdings sinkt hierdurch das Angebot an Kühlluft. Des Weiteren bedingt die Verschiebung der Hauptreaktionszone aus dem Zentrum der Brennkammer nach außen eine höhere thermische Belastung der Wände. Verschärft wird diese Problematik durch das Bestreben, den schubspezifischen Verbrauch des Gesamtsystems durch eine Erhöhung des Druckver-hältnisses zu senken, da hierdurch die Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlluft ansteigt. Weiterhin zeigt sich eine Beeinflussung des chemischen Reaktionsablaufs durch die Kühlluft. Während frühere Arbeiten in diesem Kontext auf Brennkammerkühlkonzepte fokussiert waren, wurde der Einfluss der Kühlluft auf lokale thermochemische Zustände, Reaktionsraten und die Schadstoffbildung trotz ihrer hohen Relevanz nicht berücksichtigt. Diese Forschungslücke soll im beantragten Vorhaben durch Untersuchungen an einem generischen Brennkammerprüfstand unter Nutzung modernster laseroptischer Messmethoden geschlossen werden. Die durchgeführten Experimente sollen zum einen das Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse erweitern sowie zum anderen dringend benötigte Validierungsdaten für die Entwicklung numerischer Modelle bereitstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen