ISBN 978-3-8439-3542-5

978-3-8439-3542-5, Reihe Luftfahrt

Christopher Wollgarten
Experimentelle Untersuchung von Ionenströmen bei der Verbrennung mit doppelt verdrallten Luftstrahl-Zerstäuberdüsen

176 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Aufgrund der durch die Gesetzgebung erlassenen Maßnahmen zum Umweltschutz, sowie stetig steigender Passagierzahlen im weltweiten, zivilen Luftverkehr ist die Reduzierung von Abgasemissionen bei der Gasturbinenverbrennung Gegenstand aktueller Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. In den letzten Jahrzehnten wurden Studien für neue Verbrennungskonzepte durchgeführt, die auf einer durchweg mageren Verbrennung basieren. Entscheidend ist dabei die Vermeidung von lokal fetten und folglich heißen Stellen innerhalb des Brennraums. Aufgrund unzureichender Vermischung von Kraftstoff und Luft wird an diesen Stellen die Bildung von Stickoxid Emissionen begünstigt. In dieser Arbeit wird eine Brennerdüse untersucht, die eine stabile, magere Verbrennung ermöglicht. Die Stabilisierung der Flamme ist gewährleistet, indem die Strömung innerhalb der Brennerdüse verdrallt und ein Rückstromgebiet im Brennraum generiert wird. Es entsteht eine kompakte Flamme mit hoher Reaktionsdichte. Die aerodynamische Flammenstabilisierung und das große Luft-Brennstoff Verhältnis führen aber auch zu einer Anfälligkeit für Verbrennungsinstabilitäten, die aufgrund der Sicherheitsanforderungen an die Verbrennung in einem Triebwerk vermieden werden müssen. Zudem besteht bei sehr mager brennenden Betriebspunkten die Gefahr der plötzlichen Flammenverlöschung.

Zur Vermeidung der mageren Verlöschung sind aktive Flammenüberwachungssysteme in den Fokus der Entwicklung gerückt. Die Flammenüberwachung wird im Rahmen dieser Arbeit mit Ionenstromsonden durchgeführt, deren Vorteil im robusten und einfachen sowie kostengünstigen Aufbau liegt. Zielsetzung ist es, mithilfe von Ionenstromsonden Informationen über den Zustand der Verbrennung hinsichtlich der Stabilität aus den Messsignalen herauszufiltern. Infolgedessen kann die Fähigkeit der Ionenstrommesstechnik für den Zweck der Flammenüberwachung bewertet werden. Im Verlauf dieser Arbeit werden die Ionenstromsignale mit den Signalen üblicher Messtechniken verglichen. Schließlich werden Messungen nahe der mageren Verlöschgrenze durchgeführt und das Signal bezüglich einer bevorstehenden Verlöschung analysiert. Ziel ist es, das Ionenstromsignal soweit zu beschreiben, dass eine aktive Flammenüberwachung möglich ist.