Experimentelle und theorethische Untersuchungen zur Beeinflussung der Wandtemperatur durch Effusionskühlung
Die hohen Anforderungen für die Kühlung wird in Zukunft die Effusionskühlung übernehmen. Die Effusionskühlung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Kühlgas durch eine poröse Wand strömt. Dadurch heizt sich das Kühlgas auf. Beim Eintritt in die Brenkammer wird das Kühlgas durch das Heißgas der Brennkammer in Hauptströmungsrichtung umgelenkt. Dabei bildet sich auch ein Kühlfilm zwischen poröser Wand und Heißgas. Dieser ist nun in der Lage, Wärme zu absorbieren und in Strömungsrichtung abzutransportieren. Somit kann man die Wandtemperatur gering halten. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Druckverlust des Kühlsystems und die exakte Dosierbarkeit. Hierbei soll als Brennkammerwand Faserkeramik zum Einsatz kommen. Dieses Material zeichnet sich durch hervorragende Hitzebeständigkeit aus. Die mechanischen Eigenschaften bleiben auch bei sehr hohen Temperaturen konstant. Weitere positive Eigenschaften sind die geringe Thermoschockempfindlichkeit, geringe Dichte und kleiner thermischer Ausdehnungskoeffizient. Insbesondere die hohe Temperaturbeständigkeit und die geringe Dichte werden den Einsatz dieses Materials unverzichtbar machen.
In der vorliegenden Arbeit sollen die Zusammenhänge zwischen Brennkammerdruck, Kühlmittelmassenstrom, Strömungsgeschwindigkeit in der Brennkammer, Porosität und Wärmeleitfähigkeit der Wand und der Wandtemperatur zunächst experimentell ermittelt werden. In einem weiteren Schritt sind die verschiedenen Modellansätze für den Wärmestrom mit den Versuchsdaten zu vergleichen. Danach soll die Modellierung des Wärmetransports in der Grenzschicht bei kleinen Geschwindigkeiten der Hauptströmung in der Brennkammer bis zu hohen Geschwindigkeiten im Düsenhals erfolgen. Die Validierung des Modells soll dann mit Hilfe experimenteller Daten erfolgen.
Literaturhinweise zum Thema: Effusionskühlung