Forschungsgegenstand
Schallquellen im Kerntriebwerk
Das Kompetenzteam "Schallquellen im Kerntriebwerk" beschäftigt sich mit Schallentstehungs- und ~transmissionsphänomenen im Kerntriebwerk. Vor allem steht hier die Brennkammer-Turbinen-Wechselwirkung und insbesondere dem Verbrennungsschall im Fokus. Gegenstand der Untersuchungen sind hier unter anderem die verschiedenen Verbrennungsschallmechanismen im Hinblick auf deren Bewertung und der Reduzierung.
Ein Ziel unserer Forschungsarbeiten ist die Verbesserung der Betriebscharakteristiken von Brennkammern durch die Minimierung von Verbrennungsschwingungen und Brennkammerlärm für neuartige effizientere und leisere Brennkammerkonzepte.
Schallentstehung in Brennkammern
In Verbrennungssystemen wie zum Beispiel in Triebwerken unterscheidet man zwischen direktem Verbrennungsschall, der an den instationären Verbrennungsprozess bzw. an die instationäre Wärmefreisetzung gekoppelt ist, und indirektem Verbrennungsschall oder auch Entropieschall bzw. Wirbelschall. Entropieschall entsteht durch beschleunigte Temperatur- bzw. Entropiestörungen im Brennkammerausritt von Triebwerken, Wirbelschall entsprechend durch beschleunigte Wirbelstärkefluktuationen.
Brennkammer-Turbine-Interaktion
Kleinbrennkammer (KBK) in Berlin zur Untersuchung von Verbrennungsschall
Die Schallentstehung durch Entropiewellen wurde mittlerweile numerisch in der CFD/CAA-Arbeitsgruppe am Hermann-Föttinger-Institut der Technischen Universität Berlin simuliert und konnte vom DLR in einem generischen Prinzip-Experiment auch experimentell nachgewiesen werden (EWG). Derzeit werden ähnliche Untersuchungen zum Nachweis des Wirbelschalls durchgeführt.
An einer mit Methan betriebenen Modell-Brennkammer, die mit einer Düse abgeschlossen ist, soll das Phänomen des indirekten Brennkammerschalls ausführlich untersucht und der Beitrag des indirekten Schalls im Verhältnis zum Gesamtschall quantifiziert werden. Die Brennkammer kann bei selbsterregten Schwingungen betrieben werden. Zudem steht eine Vorrichtung zur periodischen Modulation der Brenngaszufuhr und damit zur künstlichen Anregung von Entropiewellen zur Verfügung. Die Druckfelder in der Brennkammer und im Abgasrohr werden mit Mikrofonensonden gemessen. Zeitlich aufgelöste Messungen der Temperatur mittels Doppel-Thermoelement-Sonden, der Dichte mittels Filtered Rayleigh Scattering (FRS) oder der bereits versuchsweise genutzten Transient Grating Spectroscopy zur punktuellen optischen Temperaturmessung werden eingesetzt, um die für den Entropieschall wichtigen Inhomogenitäten zu charakterisieren. Für Parameterstudien können die Leistung der Brennkammer, das Luft-Brenngas-Verhältnis, die Brennkammerlänge, der Brennkammerabschluss und die Frequenz und Amplitude der künstlichen Anregung variiert werden.
Prüfstände: Kleinbrennkammer KBK Entropiewellengenerator EWG/WWG