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TU Berlin

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Direkter Einfluss des Precessing Vortex Core in drallstabliserten Flammen

© TUB Kilian Oberleithner
 
© TUB Kilian Oberleithner
 

Seit der Entdeckung des Precessing Vortex Core (PVC), als die dominante kohärente Struktur in Drallströmungen, wurden zahlreiche Untersuchungen unternommen, um dessen Eigenschaften in nicht-reagierenden [1-2] und reagierenden [3-4] Strömungen zu untersuchen. Dabei konnte jedoch bis heute nicht geklärt werden, ob dieses Strömungsphänomen einen technisch nutzbaren Effekt auf drallstabilisierte Verbrennung haben kann, wie sie typischerweise in Gasturbinen angewendet wird. Dies liegt vor allem darin begründet, dass der Einfluss des PVC auf die Verbrennung bis zum heutigen Zeitpunkt nicht gezielt untersucht werden konnte.


In diesem DFG geförderten Forschungsvorhaben wird die Möglichkeit geschaffen den PVC im Experiment gezielt und direkt am Ort seiner Entstehung zu kontrollieren. Aufbauend auf einem vorangegangenen Projekt werden dazu die Erkenntnisse der linearen hydrodynamischen Stabilitätsanalyse über die Entstehung des PVC angewendet [2-3]. Nach der Auslegung, Implementierung und Kalibrierung des Kontrollsystems im vorhandenen generischen Brennkammerprüfstand werden Experimente an turbulenten drallstabilisierten Flammen durchgeführt. Durch Messungen im offenen Regelkreis werden verschiedene Sensor-Aktuator-Systeme untersucht und hinsichtlich Eignung für zuverlässige aktive Strömungskontrolle bewertet. Dazu wird das sogenannte Lock-In Verhalten des PVC auf die Aktuation betrachtet. Die anschließende Kontrolle des PVC im geschlossenen Regelkreis erlaubt die gezielte Unterdrückung des PVC [5]. Diese Art der Kontrolle ermöglicht es damit den PVC als weiteren Kontrollparameter der Eigenschaften reagierender und nicht-reagierender Drallströmungen einzusetzen. Im weiteren Verlauf des Projektes wird damit der explizite Einfluss des PVC auf die Flammendynamik, auf thermoakustische Instabilitäten und auf die Schadstoffbildung von drallstabilisierter Verbrennung untersucht.


Um die Auswirkungen des kontrollierten PVC auf die Flamme und das Strömungsfeld bestimmen zu können, kommen neben sensorbasierten Druckmessungen vor allem optische (laserbasierte) Messmethoden zum Einsatz. Dazu zählen zeitaufgelöste (Stereo-) Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen zur Untersuchung des Strömungsfeldes sowie OH-Planar Laser Induced Fluorescence bzw. OH*-Chemilumineszenz Messungen zu Charakterisierung der Flammenform und –Dynamik.

 

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