Ein-Düsen-Sektor
Der Ein-Düsen Sektor (EDS) ist ein dreiseitig optisch zugänglicher Prüfstand zur Untersuchung von Brennerkonzepten für zukünftige Luftfahrtantriebe. Der Fokus liegt bei der Anlage auf der Analyse des Brennernahbereichs, um insbesondere die Zerstäubung, Gemischbildung und Flammenstabilität von unterschiedlichen Kraftstoffen unter realitätsnahen Bedingungen zu erforschen.
Die Versuchsbrennkammer ist für die Nutzung unterschiedlicher gasförmiger und flüssiger Kraftstoffe konzipiert. Dazu zählen konventionelle Brennstoffe wie Kerosin, als auch nachhaltige Kraftstoffe wie Wasserstoff oder Sustainable Aviation Fuels (SAF). Außerdem erlaubt der EDS eine präzise und unabhängige Einstellung der Parameter Luftdruck, Eintrittstemperatur und Massenströme, wodurch im Prüfstand realitätsnahe thermodynamische Bedingungen von modernen Flugtriebwerken und Gasturbinen simuliert werden können.
Durch den Einsatz der am Institut entwickelten Laser-optischen Messverfahren können Strömungsfelder, Temperaturverteilungen, Reaktionszonen und Rußbildungsprozesse hochaufgelöst und berührungsfrei während den Versuchen erfasst und anschließend ausgewertet werden. Der Prüfstand ist dreiseitig optisch zugänglich und wird auf Anfrage für Analysen der Brennkammerwände optimiert. Die Messstrecke mit dem Brenner ist auf einem Drei-Achsen Traversentisch montiert, welcher es ermöglicht, diese in alle drei Raumachsen zu verfahren. Dadurch wird ein robuster statischer Aufbau der Laserdiagnostik gewährleistet, welcher die präzise Untersuchung der verschiedenen Bereiche der Reaktionszone ermöglicht. Besonders für die Erprobung und Entwicklung neuer, oft kombinatorischer Messtechnik ist dieser unkomplizierte und statische Aufbau ein außergewöhnlicher Vorteil und bietet im Hinblick auf die Realitätsnähe ein Alleinstellungsmerkmal.
Da einzelne Brennkammerkomponenten additiv aus dem SLM-Verfahren (Selektives Laserschmelzen) gefertigt werden, lassen sich an dem Prüfstand schnell verschiedene anwendungsorientierte Brenner-Designs testen. Die Versuchsbrennkammer dient daher für Industrie sowie Forschung als entscheidende Brücke zwischen grundlegenden Laborversuchen und anschließenden Versuchen an Großanlagen wie dem Hochdruck-Brennkammer-Prüfstand (HBK 1). Durch diese Kombination werden ideale Rahmenbedingungen geschaffen, um am EDS sowohl zukunftsfähige Brenner- und Brennkammertechnologien als auch laseroptische Messtechniken weiterzuentwickeln.
Eigenschaften des Prüfstands
- Primärzone der Messstrecke in voller Breite, von drei Seiten optisch zugänglich
- Messstrecke mittels Drei-Achsen-Traversiertisch beweglich
- Austauschbare, individuell kühlbare Wandelemente
- Präzise Aufteilung der Luftmassenströme mittels kritischer Düsen
Forschungsthemen
- Entwicklung und Erprobung laseroptischer Messtechnik unter realistischen Brennkammer-Bedingungen
- Erprobung von SLM-Brennern und Brennkammerelementen
- Untersuchung der reagierenden Strömung von Flugtriebwerks- und Gasturbinen-Brennern unter realistischen Betriebsbedingungen hinsichtlich:
- Strömungsfeld und Reaktionsgebiete
- Flüssigbrennstoff-Zerstäubung
- Vermischung von Brennstoff (Spray und Dampf) und Luft
- Flammenstabilisierung / Magerverlöschen
- Auswirkungen von Verbrennungsinstabilitäten auf die Primärzone
- Schadstoffbildung
- Rußbildung
- Brenner-Wand-Interaktion
Eingesetzte Messtechnik
- Particle Image Velocimetry (PIV)
- Laser-Induzierte Fluoreszenz (LIF am OH-Radikal und an aromatenhaltigen Brennstoff-Komponenten)
- Laser-Induzierte Inkadeszens (LII an Rußpartikeln)
- Doppler-Global-Velocimetry (DGV)
- Laser-Doppler-Anemometry (LDA)
- Phase-Doppler-Anemometry (PDA)
- Chemilumineszenz (OH*, CO2*)
- Mie-Streuung
- Dynamische Drucksensoren (Thermoakustische Schwingungen)
- Abgasanalyse mittels Entnahme über beheizte Sonden
Technische Daten
Statischer Druck | max. 13 bar |
Vorwärmtermperatur der Druckluft | max. 850 K |
Luftmassenstrom | max. 1 kg/s vorgeheizte Luft max. 2 kg/s Kühlluft (kalt) |
Brennstoffe gasförmig | Erdgas (max. 30 g/s), Wasserstoff (max. 12 g/s) |
Brennstoffe flüssig | Kerosin (max. 35 g/s), flüssige Sonderkraftstoffe (max. 35 g/s) |