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Strömung und Mischung im Primärzonenbereich von modernen Gasturbinenbrennkammern

Gnirß, Markus
Hrsg.: Tropea, Cameron (2009)
Strömung und Mischung im Primärzonenbereich von modernen Gasturbinenbrennkammern.
Buch, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Entwicklung und Optimierung von Brennkammern für Flugtriebwerke erfolgt in den letzten Jahren zunehmend mittels numerischer Strömungssimulationen. Dennoch liefern experimentelle Untersuchungen immer noch wesentliche Erkenntnisse, um sowohl neue Strategien zur Verringerung des Schadstoffaustoßes zu erarbeiten, als auch die Modellentwicklung voranzutreiben. Die vorliegende Arbeit stellt einen solchen experimentellen Beitrag dar, mit Fokus auf das Strömungs- und Mischungsverhalten in einem Modell einer fett-mager-gestuften Ringbrennkammer, bestehend aus 5 Dralldüsen und zwei gegenüberliegenden Reihen von Sekundärluftbohrungen. Der untersuchte Parameterraum beinhaltet neben der Variation des Hauptmassenstroms und des Impulsverhältnisses zwischen Sekundärluftstrahlen und Hauptströmung zusätzlich eine Variation der Zuströmbedingung der Sekundärluft in Form einer Bypasströmung. Nach einer ausführlichen Diskussion des stationären und instationären Strömungs- und Mischungsverhaltens ohne Bypass, wird zunächst der Einfluss dieser Bypassströmung auf die Durchflussbeiwerte aufgezeigt. Anschließend werden daraus resultierende Veränderungen der Strömung innerhalb des Brennkammermodells diskutiert. Um systematische Fehler durch Rückkopplungen des Messsystems auf die Strömung zu vermeiden, wurden mit LDV (Laser Doppler Velocimetry), PIV (Particle Image Velocimetry) und QLS (Quantitative Light-Sheet) nur aktuelle berührungslose Lasermesstechniken eingesetzt. Unvermeidbare Fehler durch Rauschen, welches den Messverfahren anhaftet, werden innerhalb der jeweiligen Abschnitten quantifiziert und nach Möglichkeit korrigiert, um die Qualität der Messergebnisse als Vergleichsdaten für die Validierung numerischer Strömungssimulationen zu gewährleisten.

Typ des Eintrags: Buch
Erschienen: 2009
Herausgeber: Tropea, Cameron
Autor(en): Gnirß, Markus
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Strömung und Mischung im Primärzonenbereich von modernen Gasturbinenbrennkammern
Sprache: Deutsch
Publikationsjahr: 2009
Ort: Darmstadt
Verlag: tuprints
URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-13068
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die Entwicklung und Optimierung von Brennkammern für Flugtriebwerke erfolgt in den letzten Jahren zunehmend mittels numerischer Strömungssimulationen. Dennoch liefern experimentelle Untersuchungen immer noch wesentliche Erkenntnisse, um sowohl neue Strategien zur Verringerung des Schadstoffaustoßes zu erarbeiten, als auch die Modellentwicklung voranzutreiben. Die vorliegende Arbeit stellt einen solchen experimentellen Beitrag dar, mit Fokus auf das Strömungs- und Mischungsverhalten in einem Modell einer fett-mager-gestuften Ringbrennkammer, bestehend aus 5 Dralldüsen und zwei gegenüberliegenden Reihen von Sekundärluftbohrungen. Der untersuchte Parameterraum beinhaltet neben der Variation des Hauptmassenstroms und des Impulsverhältnisses zwischen Sekundärluftstrahlen und Hauptströmung zusätzlich eine Variation der Zuströmbedingung der Sekundärluft in Form einer Bypasströmung. Nach einer ausführlichen Diskussion des stationären und instationären Strömungs- und Mischungsverhaltens ohne Bypass, wird zunächst der Einfluss dieser Bypassströmung auf die Durchflussbeiwerte aufgezeigt. Anschließend werden daraus resultierende Veränderungen der Strömung innerhalb des Brennkammermodells diskutiert. Um systematische Fehler durch Rückkopplungen des Messsystems auf die Strömung zu vermeiden, wurden mit LDV (Laser Doppler Velocimetry), PIV (Particle Image Velocimetry) und QLS (Quantitative Light-Sheet) nur aktuelle berührungslose Lasermesstechniken eingesetzt. Unvermeidbare Fehler durch Rauschen, welches den Messverfahren anhaftet, werden innerhalb der jeweiligen Abschnitten quantifiziert und nach Möglichkeit korrigiert, um die Qualität der Messergebnisse als Vergleichsdaten für die Validierung numerischer Strömungssimulationen zu gewährleisten.
Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In recent years numerical simulations have become an essential tool in the development and optimization of aircraft engine combustion chambers. However, experimental investigations are still very much necessary to gain relevant information of the fundamental fluid mechanics associated with such combustion chambers. These measurements prove to be essential in the establishment of new strategies for a reduction of emissions and to support the development of new models for the numerical simulations. The present work is a contribution focusing on the experimental investigation of flow and mixing behaviour in a rich-lean-staged combustor model, which consists of five swirl nozzles and two opposed rows of secondary air jets. The parameter space covers a variation of the main mass flux, the momentum flux ratio from secondary air jets to the undisturbed main flow as well as the inflow conditions of the secondary air, in form of an increased inflow velocity regulated by a variable bypass blow-off. First the averaged and unsteady base flow is discussed for several parameters and measurement planes without bypass blow-off. Then the influence of the increased inflow velocity on the discharge coefficients of the secondary air is presented and changes in the flow and mixing behaviour within the mixing chamber are presented. The optical measurement techniques LDV (Laser Doppler Velocimetry), PIV (Particle Image Velocimetry) and QLS (Quantitative Light-Sheet) were used to avoid systematic errors associated with intrusive probe measurements in the flow. To ensure the quality of the measurements for the validation of numerical simulations, the accuracy of the experimental results is also discussed. Two ways to address noise treatment in the ‘Unmixedness’ evaluation procedure are presented and applied to the data.

Englisch
Freie Schlagworte: PIV; QLS; LDV; POD; Konzentrationsmessungen; Ungemischtheit; Bypass; Zuströmbedingungen; Rauschen; Gasturbinenbrennkammer; Strömung; Mischung
Zusätzliche Informationen:

Druckausgabe: Aachen, Shaker, 2008
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik (SLA)
Hinterlegungsdatum: 06 Mär 2009 08:17
Letzte Änderung: 26 Aug 2018 21:25
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