Diese Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftliche
Mitarbeiterin am Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik an der TU
Bergakademie Freiberg.
Sie befasst sich mit der Modellierung gasbeheizter Mantelstrahlrohre.
Zur Analyse der hydrody- und thermodynamischen Phänomene innerhalb
und außerhalb des zweistufigen Drallbrenners mit Diffusionsflamme und
interner Abgasrezirkulation werden validierte 3D-CFD Studien eingesetzt.
Es erfolgt die Unterteilung in fünf Bereiche: die zwei Rekuperatoren, die
Verbrennungszonen, die 180° Umlenkung und der Ofenraum.
Zur Beschreibung des Wärmeleitprozesses im Ofen werden fraktionelle
Differentiale mit den Randbedingungen von Konvektion und Strahlung gelöst.
Es erfolgt die inverse Parameterschätzung unbekannter Werkstoffeigenschaften
der Ofenmaterialien mittels der Jaya-Optimierung.
Unter Berücksichtigung der Kopplung an die Prozessraumbedingungen
werden Geometrieänderungen der Umlenkung analysiert. Dabei erfolgt
die Berechnung im Umlenkbereich analytisch als Lösung der N.-St. Gleichungen
sowie der Wärmeleitungsgleichung mittels FDM in drei Koordinatensystemen:
eben, zylindrisch und quasi-toroidal.
Das Abgasrezirkulat wird analytisch aus der Impulsbilanz für koaxiale
Freistrahlen bestimmt. Ein allgemeingültiges reduziertes Modell für Wärmeübertrager
im Gegenstromprinzip wird ebenfalls entwickelt.
Es wird die Möglichkeit geschaffen sowohl Geometriestudien zur Auslegung
berechnen als auch Optimierungsfragen beantworten zu können.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Die Stabilität nicht-vorgemischter, doppelt-verdrallter Flammen wurde in der vorliegenden Arbeit mittels numerischer Methoden am Beispiel eines Gasturbinen-Modellbrenners untersucht. Die Ergebnisse der Simulationen erlauben es, den Mechanismus der Stabilisierung abzuleiten, und zeigen, dass die überlegene Zündstabilität der Gegendrallflamme aus einem wesentlich inhomogeneren Mischungsfeld mit einer stark vergrößerten Zone nahestöchiometrischer Gemischzusammensetzungen resultiert.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Die Verbrennungsluft der untersuchten Gasfilmdüse wird auf zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der äußere Luftstrom den inneren konzentrisch umschließt. Daher steht als zusätzlicher Freiheitsgrad die gleich- oder gegensinnige Verdrallung der Einzelströme zur Verfügung. Die durchgeführten Experimente ergeben eine signifikante Erweiterung des Betriebsbereiches der Düse bei gegensinniger Verdrallung. Dies ist neben konvektivem Brennstoffttransport durch einen zusätzlichen Mündungswirbel maßgeblich auf die stabilere radiale Strömungsschichtung zurückzuführen.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Eine mögliche angewandte Primärmaßnahme zur Reduzierung der NO-Emissionen bei Heizöl-Diffusionsflammen ist die Wassereinspritzung in die Flamme. Ein Nebeneffekt ist das spontane Auftreten selbsterregter Druckschwingungen. Die im Rahmen dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse ermöglichen insgesamt die Vorhersage des Auftretens selbsterregter Druckschwingungen bei den untersuchten Drallbrennern und die Vermeidung dieser Schwingungen durch entsprechende Wahl der Betriebsparameter.
Aktualisiert: 2021-02-11
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