Experimentelle Untersuchung von Prall-Effusionskühlung für Brennkammerwände

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517489232

Für den modernen Energie- und Transportsektor sind Gasturbinen weiterhin eine Schlüsseltechnologie. Im zivilen Luftverkehr verbleibt das Strahltriebwerk die einzige technisch realisierbare Antriebsart, auch bei der Umsetzung von teilelektrischen Systemen. Um den thermischen Wirkungsgrad weiter zu steigern, müssen höhere Totaldruckverhältnisse und Turbineneintrittstemperaturen realisiert werden und neue Verbrennungskonzepte untersucht werden. Die thermisch hoch belasteten Bauteile der Brennkammer müssen mit möglichst wenig Kühlluft gekühlt werden, da diese Luft einerseits den Wirkungsgrad reduziert und andererseits die Verbrennung beeinflusst - eine präzise Kühlung des Brennkammerflammrohrs ist notwendig. In Rahmen dieses Projektes sollen moderne Kühlkonzepte experimentell untersucht werden, die auf der kombinierten Kühlung durch Prall- und Effusionsbohrungen basieren. Für die Methodik wird ein Wandelement aus zwei Schichten aufgebaut. In der (von außen) ersten Schicht werden Prallstrahlen erzeugt, die die kalte Seite der zweiten Schicht rückseitig kühlen. Die Luft strömt dann erst durch die Effusionsbohrungen in der zweiten Schicht weiter zur heißen Seite und bildet hier einen Schutzfilm. Diese komplexen Kühlverfahren sollen unter Verwendung eines bewährten Prüfstandes experimentell sowohl thermisch als auch aerodynamisch untersucht werden. Hierfür wird Infrarotthermographie und Particle Image Velocimetry eingesetzt. Die Ergebnisse werden stationär und auch zeitaufgelöst untersucht. Neue Modelle und Korrelationen sollen abgeleitet werden, die die Auslegung und Beurteilung dieser neuen Konzepte in Zukunft besser und schneller ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen