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Atmosphärischer Sprayprüfstand

Spraykegel mit Lichtschnitt und 3D-PDA . Brennkammer mit Gasvormischflamme

Der Prüfstand wurde konzipiert, um Luftstromzerstäuberdüsen für die schadstoffarme Verbrennung zu untersuchen. Bei den Düsen handelt es sich um Eigenentwicklungen und Düsen von Industriepartnern. Es können sowohl Isotherme Zerstäubungsversuche als auch Experimente in einer Modellbrennkammer mit Luftvorwärmung und Verbrennung durchgeführt werden. Dabei kommen neben konventionellen Messtechniken (Thermoelement und Abgasanalyse) verschiedene berührungslose optische Messtechniken zum Einsatz.

Die Betriebsbedingungen (atmosphärischer Druck) unterscheiden sich deutlich von denen einer realen Gasturbinenbrennkammer. Durch seine Variabilität eignet sich der Prüfstand besonders für die ersten Untersuchungen neu entwickelter Düsen. Am Anfang des Entwicklungsprozesses werden die einzelnen Komponenten einer Düse vielfach modifiziert und überarbeitet. Dabei ist es wichtig, die Auswirkungen in Parametervariationen schnell und kostengünstig ermitteln zu können. Erst mit einer so optimierten Düse werden dann Untersuchungen bei realistischen Betriebsbedingungen durchgeführt.

Weiterhin wird der Prüfstand eingesetzt, um umfangreiche, detaillierte Datensätze von Düsenströmungen aufzunehmen. Diese Datensätze werden zu Validierung von Strömungssimulationen (CFD) verwendet.

Gegenwärtige Arbeitsschwerpunkte

Zur Zeit wird das reagierende Strömungsfeld eines Vormischbrenners untersucht. Die Düse ist für den Einsatz in Triebwerken mittlerer Größe ausgelegt und ist eine Eigenentwicklung des Instituts für Antriebstechnik. Die Verbrennung läuft nach dem Prinzip der mageren, vorverdampften und vorgemischten Verbrennung (LPP) mit dem Ziel, die Stickoxidemissionen zu reduzieren.

Technische Daten des Prüfstands

• Luftmassenstrom: 0-120g/s
• Luftvorwärmung bis 870K
• flüssige und gasförmige Kraftstoffe
• 3-Achsen Traversiereinheit mit 0,1mm Schrittweite
• Modellbrennkammer mit variablem optischen Zugang
• Brennkammerdruck 1bar

Optische Messtechniken

• 3D Laser Doppler Anemometer (LDA)
• 3D Phasen Doppler Anemometer (PDA)
• MALVERN Beugungsspektrometer
• Sprayvisualisierung mittels Lichtschnitt (Mie-Streuung)
• Optische Temperaturmesstechnik
• OH-Laser induzierte Fluoreszenz (LIF)
• Kraftstoff-Laser induzierte Fluoreszenz (LIF)
• Visualisierung der OH*-Chemilumineszenz

Isotherme Sprayversuche

Gegenstand der Untersuchungen sind:

• Charakterisierung der Zerstäubung und Homogenisierung in Sprays
• Ermittlung des isothermen Strömungsfelds
• Erprobung von Messtechniken

Verbrennungsexperimente

Gegenstand der Untersuchungen sind:

• Charakterisierung des reagierenden Strömungsfelds
• Bestimmung der Schadstoffemissionen
• Ermittlung des Stabilitätsbereichs
• Visualisierung der Lage der Flammenfront und Temperaturverteilung in der Flamme
• Charakterisierung der Kühlungseigenschaften keramischer Brennkammerwandelemente