TIMECOP-AE: Toward Innovative Methods for Combustion Prediction in Aero-Engines
Beschreibung
In diesem Projekt behandelt das DLR Institut für Verbrennungstechnik die Wiederzündung von Triebwerken in großen Höhen. Es werden sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen durchgeführt, um den Zündprozess, die Flammenausbreitung und die Flammenstabilisierung zu verstehen.
Hintergrund
Das Verlöschen von Triebwerken während des Fluges stellt ein Sicherheitsproblem dar, und Triebwerkshersteller müssen die Wiederzündfähigkeit ihrer Triebwerke während des Fluges garantieren. In einer Reiseflughöhe von 10 km herrschen nach Verlöschen in der Brennkammer eine Temperatur von etwa 260 K und ein Druck von 0.4 bar. Damit sind die Bedingungen für Zündung deutlich schlechter als am Boden oder in geringen Flughöhen. Die Entwicklung von schadstoffarmen Brennkammern mit geänderten Mischungs- und Strömungseigenschaften hat die Bedingungen für Wiederzündung weiterhin erschwert. Die Thematik „Altitude-Relight“ ist deshalb ein aktuelles Forschungsthema, und es muss ein tiefer gehendes Verständnis des Zündprozesses erreicht werden, um ein sicheres Wiederzünden zu gewährleisten. Dazu werden in diesem Projekt neue experimentelle Methoden und numerische Verfahren entwickelt und angewandt.
Forschungsgegenstand
In der experimentellen Analyse werden Messungen an zwei unterschiedlichen Versuchständen durchgeführt. Zum einen werden Untersuchungen an einer generischen Messstrecke unter einfachen, genau definierten Strömungs- und Brennstoffsprayverhältnissen durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse dienen in erster Linie als Validierungsdaten für numerische Simulationsrechnungen. In einem zweiten Versuchstand werden bei dem Triebwerkshersteller Rolls Royce Messungen unter realen Bedingungen durchgeführt. Bei allen Messungen werden optische und lasermesstechnische Verfahren eingesetzt, um die Flammenkernentwicklung zu erfassen und anhand
des Mischungszustands oder der Strömungsgeschwindigkeit Kriterien für erfolgreiche Zündungen abzuleiten. Als innovatives Messverfahren werden Laserlichtschnittverfahren auf der Basis von LIF oder PIV mit sehr schnellen Bildfolgen im Kilohertzbereich eingesetzt. Die spezifischen Gegebenheiten bei der Zündung in großen Höhen resultieren in einer Anzahl von sehr schwierigen und ungelösten Aufgaben bei der numerischen Simulation. Ein Hauptpunkt in der Simulation der Spray-Entwicklung bei niedrigen Temperaturen und Drücken ist die Genauigkeit der Modellierung des ’Fuel-Placements’, also der Verteilung von Brennstofftropfen und –dampf in der Brennkammer. Hierbei soll ein spektrales Dispersionsmodell für die turbulente Brennstofftropfenausbreitung verwendet werden und das so genannte ’Continuous Thermodynamics’ Modell für die Brennstoffverdunstung unter den spezifischen Bedingungen der Wiederzündung von Kerosin-Luftgemischen in großer Höhe adaptiert und getestet werden. Für die numerische Simulation von Ausbreitung und Verdunstung des Brennstoffsprays wird der DLR-VT Code SPRAYSIM verwendet. Für die numerische Berechnung der Flammenausbreitung wird SPRAYSIM mit dem DLR-Code THETA gekoppelt werden. Parallel zu Untersuchungen unter realen Bedingungen sollen numerische Simulationsrechnungen als Hilfe zur Interpretation und Auswertung der generischen Messungen dienen.
VT - Ansprechpartner und beteiligte Abteilungen
Dr. Thomas Mosbach, VerbrennungsdiagnostikDr. Patrick Le Clercq, Numerische Simulation
Projektkoordinator
TURBOMECA S.A.. Bordes, Frankreich
Geldgeber
EU
Startzeitpunkt und Dauer
01.06.2006 bis 31.05.2010, 48 Monate
Partner