Drallströmungen sind faszinierend, weil darin so manches Phänomen auftritt, das sich mit einem konventionellen Verständnis für Fluiddynamik nicht erschließt. Wohingegen bei den meisten Strömungen Druckgradient und Geschwindigkeitsvektor nahezu gleich ausgerichtet sind, weist der Druckgradient bei Drallströmungen eine wesentliche radiale Komponente senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor auf, was zu einer energetischen Schichtung der Strömung in radialer Richtung führt. Dies ermöglicht Strömungstransitionen wie das Wirbelaufplatzen, das häufig zur Stabilisierung der Verbrennung in Gasturbinen eingesetzt wird. In Verbrennungssystemen mit einer dem Wirbelaufplatzen unmittelbar vorangehenden Vormischzone kann sich auf Grund der durch die Verbrennung induzierten Dichte- und Druckgradienten das Wirbelaufplatzen und mit ihm die Flamme stromauf in die Vormischzone verlagern -- es kommt zum Flammenrückschlag. In dieser Arbeit wird experimentell untersucht, warum und wie dieser Flammenrückschlag bei verschiedenen Betriebsbedingungen zustande kommt.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Drallströmungen sind faszinierend, weil darin so manches Phänomen auftritt, das sich mit einem konventionellen Verständnis für Fluiddynamik nicht erschließt. Wohingegen bei den meisten Strömungen Druckgradient und Geschwindigkeitsvektor nahezu gleich ausgerichtet sind, weist der Druckgradient bei Drallströmungen eine wesentliche radiale Komponente senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor auf, was zu einer energetischen Schichtung der Strömung in radialer Richtung führt. Dies ermöglicht Strömungstransitionen wie das Wirbelaufplatzen, das häufig zur Stabilisierung der Verbrennung in Gasturbinen eingesetzt wird. In Verbrennungssystemen mit einer dem Wirbelaufplatzen unmittelbar vorangehenden Vormischzone kann sich auf Grund der durch die Verbrennung induzierten Dichte- und Druckgradienten das Wirbelaufplatzen und mit ihm die Flamme stromauf in die Vormischzone verlagern -- es kommt zum Flammenrückschlag. In dieser Arbeit wird experimentell untersucht, warum und wie dieser Flammenrückschlag bei verschiedenen Betriebsbedingungen zustande kommt.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Kohlenstofffreie Wasserstoff-Ammoniak Brennstoffgemische in Kombination mit mageren, vorgemischten Verbrennungskonzepten bergen ein enormes Potenzial, um Fluggasturbinen sowie andere Anwendungen von Gasturbinen zu dekarbonisieren und somit den Treibhausgasausstoß signifikant zu reduzieren. Dabei werden auch Schadstoffemissionen wie Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Feinstaub komplett vermieden und Stickoxidemissionen verringert. Zur Etablierung dieser Brennstoffe in Flugtriebwerken müssen sicherheitsrelevante Verbrennungseigenschaften wie der Flammenrückschlag erforscht werden. Gerade bei wasserstoffhaltigen Brennstoffen ist der Grenzschichtrückschlag hierbei besonders relevant. Er wird im Rahmen dieser Dissertation für einen breiten Bereich von Ammoniak-Wasserstoff-Gemischen untersucht. Mittels einer neu entwickelten Versuchsanlage mit einer voll automatisierten Messprozedur werden umfangreichen Messungen durchgeführt und analysiert. Basierend auf den Messdaten wird ein neues, parametrisches Modell für die Rückschlaggrenzen hergeleitet. Besonders hervorzuheben ist die Beobachtung eines neuartigen Grenzschichtrückschlagprozesses, bei dem zunächst die Wasserstoff-Flamme und kurz darauf erst die Ammoniak-Flamme zurückschlägt.
Aktualisiert: 2021-08-12
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Kohlenstofffreie Wasserstoff-Ammoniak Brennstoffgemische in Kombination mit mageren, vorgemischten Verbrennungskonzepten bergen ein enormes Potenzial, um Fluggasturbinen sowie andere Anwendungen von Gasturbinen zu dekarbonisieren und somit den Treibhausgasausstoß signifikant zu reduzieren. Dabei werden auch Schadstoffemissionen wie Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Feinstaub komplett vermieden und Stickoxidemissionen verringert. Zur Etablierung dieser Brennstoffe in Flugtriebwerken müssen sicherheitsrelevante Verbrennungseigenschaften wie der Flammenrückschlag erforscht werden. Gerade bei wasserstoffhaltigen Brennstoffen ist der Grenzschichtrückschlag hierbei besonders relevant. Er wird im Rahmen dieser Dissertation für einen breiten Bereich von Ammoniak-Wasserstoff-Gemischen untersucht. Mittels einer neu entwickelten Versuchsanlage mit einer voll automatisierten Messprozedur werden umfangreichen Messungen durchgeführt und analysiert. Basierend auf den Messdaten wird ein neues, parametrisches Modell für die Rückschlaggrenzen hergeleitet. Besonders hervorzuheben ist die Beobachtung eines neuartigen Grenzschichtrückschlagprozesses, bei dem zunächst die Wasserstoff-Flamme und kurz darauf erst die Ammoniak-Flamme zurückschlägt.
Aktualisiert: 2021-08-04
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Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum verbesserten Verständnis der Vorgänge in stationären Gasturbinenbrennkammern, die zur stromauf Propagation turbulenter Vormischflammen in eingeschlossenen Wirbelröhren führen. Hierzu wird ein Flamelet Ansatz entwickelt, der auf der Kopplung einer Transportgleichung für die Flammenfrontoberflächendichte und auf der Beschreibung laminarer Flamelets in turbulenter Strömung basiert. Dieser Ansatz liefert eine Erklärung dieses Flammenrückschlagphänomens.
Aktualisiert: 2021-02-11
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