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ASC- Atmosphärische Sektor Brennkammer

Atmosphärische Sektor Brennkammer

Unter anderem wegen immer strengeren Umweltauflagen haben sich in den letzten Jahren innovative Verbrennungskonzepte wie die magere Vormischverbrennung auf dem Markt durchgesetzt. Als „magere Verbrennung“ wird die Verbrennung unter Luftüberschuss bezeichnet, d.h. es nimmt mehr Luft an der Verbrennung teil als eigentlich notwendig wäre. Daraus resultiert der Vorteil dass die Verbrennungstemperatur sinkt und damit auch die an die Temperatur gekoppelte Bildung an thermischen Stickoxiden geringer ausfällt. Im Vergleich zu konventionellen Diffusionsverbrennungen wird aber ein höherer Anteil Luft benötigt der an der Verbrennung teilnimmt. Dieser Anteil an Luft steht dadurch nicht mehr als Misch- und Sekundärluft zur Verfügung, was akustisch gesehen ein Nachteil sein kann, denn zusätzlich in eine Brennkammer eingebrachte Luftmassenströme wirken prinzipiell dämpfend. Ein weiterer Nachteil des Betriebes einer Brennkammer mit hohem Luftüberschuss ist die mögliche partielle Ungemischtheit des Brennstoff-Luftgemischs. Räumlich und zeitlich können in der Brennkammer Inhomogenitäten des Brennstoff-Luftgemischs auftreten, wodurch es zu Schwankungen der Wärmefreisetzungszonen in der Brennkammer kommen kann. Wird eine solche Schwankung von einer Druckschwankung überlagert, können thermoakustische Schwingungen ausgelöst werden. Man spricht in dem Fall, wo über eine Schwingungsperiode das Produkt von fluktuierendem Druck und Wärmefreisetzungen positiv (in Phase) ist, von der Erfüllung des Rayleigh-Kriteriums. Dieses Kriterium ist eine notwendige Bedingung zum Auftreten von Verbrennungsschwingungen, aber andersherum tritt nicht zwangsläufig eine Verbrennungsschwingung bei der Erfüllung auf, wodurch es für eine Vorhersage ungeeignet ist.

Ziel der Untersuchungen ist es deswegen, mögliche Auslösemechanismen experimentell zu bestimmen. Um mittels berührungsloser Lasermesstechnik diese Auslösemechanismen zu untersuchen ist die akustisch abstimmbare Sektorbrennkammer entworfen worden. Akustisch abstimmbar heißt, dass die Länge und der Austrittsdurchmesser variiert werden können. Wie in der schematischen Zeichnung (Abbildung 2) zu erkennen ist, kann die Brennkammer aus bis zu drei Modulen verschiedener Länge zusammengesetzt werden und mit einer durchmesserreduzierten Abschlussplatte versehen werden, wodurch der Betrieb von acht geometrischen Konfigurationen möglich ist. Um den Verbrennungsvorgang laseroptisch untersuchen zu können befinden sich an dem Hauptmodul an vier Seiten der Brennkammer Fenster.

Zur Charakterisierung der Verbrennung kommen folgende Messtechniken zum Einsatz: Die Beschreibung des phasenaufgelösten Geschwindigkeitsfeld geschieht mittels der Doppler-Global-Velocimetry (DGV) und der Laser Doppler Anemometrie (LDA), die Lage der Reaktionszone wird phasenaufgelöst mittels der Laserinduzierten Fluoreszenz (LIF), und die Akustik mittels Lautsprechern untersucht.

Weitere Arbeiten an dem Prüfstand befassen sich mit der Wirksamkeit von passiven Dämpfungseinbauten, aktiven Kontrollsystemen und katalytisch betriebenen Brennern.

Technische Daten