DLR - Institut für Verbrennungstechnik

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Kerngebiete

Brennstoffe

Schadstoffemissionen werden wesentlich durch den eingesetzten Brennstoff und das angewandte Verbrennungsverfahren beeinflusst. In diesem Kerngebiet kommt der Untersuchung der Verbrennung alternativer Brennstoffe, wie etwa aus der Vergasung von Biomasse oder der Verwendung minderwertigerer Erdgasqualitäten, besondere Bedeutung zu. Hierbei interessieren Brennstoffeigenschaften wie Brenngeschwindigkeit, Zündverzugszeiten, Verbrennungsstabilität oder Rußgrenzen, aber auch der Bestimmung fundamentaler reaktionskinetischer Daten. Dazu werden in experimentellen Untersuchungen mittels Stoßwellenrohren, spektroskopischer Verfahren und mit Sondentechniken Daten ermittelt, um daraus Modelle für die Bildungswege der Schadstoffe bei hohen Drücken abzuleiten. Auf dieser Datenbasis werden die Qualitätsanforderungen an alternative Brennstoffe ermittelt und Computermodelle sowie neue Verfahren zur Verminderung der Schadstoffemissionen entwickelt.

Schadstoffe

Moderne, gestufte „low NOx“-Brennkammern für Flugantriebe neigen in der fetten Zone der Verbrennung zu vermehrter Rußproduktion. Die entstandenen Rußpartikel werden bis zum Brennkammeraustritt jedoch nicht vollständig abgebrannt. Im Rahmen des Kerngebietes werden neue Ansätze für ein besseres Verständnis der Rußbildung und -oxidation erarbeitet, um die Vorhersagegenauigkeit numerischer Simulationen für die Rußemission, auch beim Einsatz realer Kraftstoffe, zu erhöhen. Aufbauend auf dem besonderen Know-How des DLR im Bereich der Reaktions-kinetik, der Modellierung physikalisch-chemischer Verbrennungsprozesse sowie der numerischen Simulation werden in dem Kerngebiet neue Rußmodelle für unterschiedliche Brennstoffe in gasturbinentypischen Anwendungen abgeleitet. Mit speziellen, im DLR entwickelten laserspektroskopischen Messverfahren werden diese Modelle validiert. Hierzu werden unterschiedliche Verbrennungsprüfstände eingesetzt, die qualifizierte Untersuchungen an Laborflammen bis hin zu Untersuchungen an Modellbrennkammern unter technisch relevanten Bedingungen ermöglichen.

Zuverlässigkeit

Um die Verbrennungstemperaturen abzusenken und damit die Produktion von thermisch gebildeten Stickoxiden erheblich zu reduzieren, arbeiten moderne Brennkammern für stationäre Gasturbinen nahe der mageren Verlöschgrenze. Dieser Betriebszustand ist jedoch mit der Gefahr des Auftretens starker Verbrennungsinstabilitäten verbunden, die zum Verlöschen der Flamme, zu Verbrennungsschwingungen mit Leistungseinschränkungen bis hin zum Totalausfall der Gasturbine führen können. In diesem Zusammenhang fokussieren sich die Aktivitäten in dem Kerngebiet auf die Aufklärung der physikalisch-chemischen Vorgänge der mageren Vormischverbrennung und thermoakustischer Effekte. Hier verfügt das DLR durch die vorhandene Kombination aus Grundlagenkenntnissen der chemischen Kinetik, dem Know-How in der numerischen Simulation und der Verfügbarkeit mehrerer, sich ergänzender, 2D-fähiger Laser-Messverfahren über einzigartige Kompetenzen, die die Voraussetzungen für erfolgreiche, anwendungsorientierte Forschung bilden.

Brenner- und Brennkammersysteme

Aufbau von spezifischen Brennkammersysteme.