Das Projekt "Modellierung der Schadstoffbildung bei vollvormischenden Flaechenbrennern mit einem experimentell verifizierten praxisorientierten reaktionskinetischen Berechnungsverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. In modernen Gasgeraeten werden zunehmend vollvormischende Flaechenbrenner oder Injektorbrenner eingesetzt. Gegenueber Geraeten mit teilvormischenden atmospaerischen Brennern ist der Modulationsbereich i.a. eingeschraenkt und auch das Stabilitaetsverhalten bei Schwankungen der Gasbeschaffenheit ist problematischer. Als konsequente Fort- und Umsetzung eines 1996 abgeschlossenen AiF-DVGW-Forschungsvorhabens zur Modellierung von vollvormischenden Flaechenbrennern wurde daher eine Parameterstudie durchgefuehrt, die systematisch den Einfluss der Gasbeschaffenheit, der Luftzahl, der Flaechenbelastung und von Geraete- oder Umweltrandbedingungen auf die Schadstoffbildung und das Stroemungs- und Stabilisierungsverhalten von modernen, vollvormischenden Brennern aufzeigen soll. Injektorbrenner koennen wegen der dreidimensionalen Struktur ihrer Flamme nur bedingt durch das Programm abgebildet werden. Die erwarteten Erkenntnisse koennen sowohl fuer eine optimale Vorauswahl von Betriebsbedingungen der Brennersysteme, als auch fuer die Festlegung von Grenzbedingungen der Gasbeschaffenheit fuer die oeffentliche Gasversorgung hilfreich sein.
Das Projekt "Praxisorientierte, experimentell abgesicherte mathematische Modellierung der Waermeuebertragung in haeuslichen, wandhaengenden Gasfeuerstaetten unter Beruecksichtigung der Wasserdampfkondensation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Zur Reduzierung der Schadstoffemissionen sind neue, vollvormischende Brennersysteme entwickelt worden, die zunehmend in wandhaengenden, kompakten Gasfeuerstaetten eingesetzt werden. Diese neuen Brennertechnologien bedingen eine Verschiebung der Anforderungen an die Teilsysteme Brennkammer und Waermeaustauscher, so dass diese entsprechend weiterentwickelt werden muessen. Zwecks Erhoehung der Geraetewirkungsgrade werden die Sekundaerluftstroeme - und damit die Luftzahlen - abgesenkt; die Forderung nach kompakteren Bauformen wird zB durch eine Verkuerzung der Brennkammern erfuellt. Dies fuehrt zu kleineren Waermeverlusten, so dass die Verbrennungsgastemperaturen vor Eintritt in den Waermeaustauscher steigen. Da die Teilsysteme sich gegenseitig beeinflussen, ist ihre separate Betrachtung nicht sinnvoll. Vielmehr muessen deren Wechselwirkungen in einem Gesamtsystem untersucht werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die mathematische Modellierung der Waermeuebertragung zur Gesamtwaermebilanzierung haeuslicher, wandhaengender Gasfeuerstaetten. Fuer die beabsichtigte detaillierte Berechnung der Waermeaustauscherflaechen ist die Beruecksichtigung der Wasserdampfkondensation im Fall der Brennwertnutzung erforderlich. Eine waermetechnische Analyse des Gesamtsystems soll ueber geeignete vorausschauende Parameterstudien die aufgrund der neuen Brennertechnologien verschobenen Anforderungen und Randbedingungen beruecksichtigen, um unguenstige Geraetedimensionen und Betriebsbedingungen vermeiden zu koennen. Mit dem neu zu erstellenden mathematischen Modell sollen, unterstuetzt durch Einsatz des Stroemungssimulationsprogramms FLUENT, umfangreiche Parameterstudien durchgefuehrt werden, um die Haupteinflussgroessen auf die Waermeuebertragung herauszuarbeiten und zu analysieren. Experimentelle Untersuchungen an Versuchsbrennkammern sollen Daten zur Verifizierung des zu entwickelnden Berechnungsmodells, in welchem vor allem der Strahlungswaermeaustausch detailliert einbezogen werden soll, liefern. Das Gesamtmodell soll durch Messergebnisse, die an Komplettgeraeten erhalten werden, validiert werden. Als Ergebnis soll ein experimentell abgesichertes, hinreichend flexibles und leistungsfaehiges Berechnungsmodell fuer die praktische Anwendung in der Industrie zur Verfuegung gestellt werden. Darueber hinaus soll eine Typisierung der zur Zeit in wandhaengenden Gasfeuerstaetten eingesetzten Waermeaustauscher hinsichtlich des Einsatzbereiches, der verwendeten Werkstoffe sowie der Leistung vorgenommen werden.
Das Projekt "Untersuchung verbrennungsbedingter Schwingungs- und Laermvorgaenge vollvormischender Flaechenbrennersysteme in haushaltlichen Gasfeuerstaetten - Ableitung von Design- und Betriebsparametern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Aus theoretischen Grundlagenuntersuchungen und praktischem Gasgeraeteeinsatz ist bekannt, dass es waehrend Verbrennungsprozessen bei bestimmten Geraetedimensionen und Betriebsbedingungen zu Schwingungs- und Laermproblemen kommen kann. Eine verlaessliche Vorausberechnung dieser Vorgaenge in komplexen Gasgeraeten, mit denen verbrennungsbedingte Schwingungen mit Sicherheit vermieden werden koennen, ist zur Zeit noch nicht moeglich. Im allgemeinen werden Schwingungsprobleme erst nach Produktfertigstellung erkannt und auf Grund der Erfahrungswerte der Hersteller durch kostenintensives Probieren abgestellt. Erkenntnisse aus Grundlagenuntersuchungen sind nur bedingt auf das akustische Verhalten von komplexen Geraeten uebertragbar. Die ersten Ergebnisse des Forschungsvorhabens einer Parametervariation an einem Versuchsgeraet zeigen, dass die Anzahl der Geraete- und Betriebsparameter, die das akustische Verhalten des Geraets beeinflussen, vielfaeltig ist. Die Kopplungsmechanismen zwischen stroemungsmechanischen, thermodynamischen und akustischen Prozessen sind sehr komplex. Eine genaue Unterscheidung nach Ursache und Wirkung eines akustischen Problems kann zur Zeit noch nicht vorgenommen werden. Des weiteren muss festgestellt werden, dass vorhandene Brennkammerschwingungen erst bei diskreten Betriebsbedingungen und/oder Geraetedimensionen durch sprunghafte Erhoehung der Druckamplitude zu Laermproblemen fuehren. Die Systemgrenze zur Analyse und Erklaerung verbrennungsbedingter Schwingungs- und dadurch auftretende Laermprobleme muss um das gesamte Geraet gelegt werden. Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist, eine Berechnungsmethode zu entwickeln, mit der das thermoakustische Verhalten von Flaechenbrennersystemen in Abhaengigkeit der Geometriegroessen und Betriebsbedingungen vorab bestimmt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Loesungsweg durch folgende Schritte gekennzeichnet: 1. Experimentelle Analyse von selbsterregten Brennkammerschwingungen. - 2. Experimentelle Untersuchung des Entstehungsmechanismusses von Brennkammerschwingungen. - 3. Theoretische, komplexe und allgemeingueltige Betrachtung des thermoakustischen Verhaltens von Flaechenbrennersystemen. - 4. Erstellung eines Massnahmenkataloges zur Vermeidung von Schwingungen. - 5. Entwicklung einer Berechnungsmethode zur Vorausbestimmung des thermoakustischen Verhaltens von Flaechenbrennersystemen. Eine ausfuehrliche Literaturrecherche zum Thema wurde durchgefuehrt.
Das Projekt "Untersuchungen zum Betriebsverhalten und zur Schadstoffemission von Flaechenbrennern fuer Gasturbinenbrennkammern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Lehrstuhl und Institut für Dampf- und Gasturbinen durchgeführt. Aus kompakten Waermeuebertragern wurden keramische Brennerelemente entwickelt, bei denen aus einer Vielzahl, in einer Flaeche muendender Kanaele dicht nebeneinander Reaktionsluft und gasfoermiger Brennstoff austreten. Im einfachsten Fall - wenn Reaktionsluft und Brennstoff bis zur Muendungsflaeche der Kanaele getrennt voneinander gefuehrt werden - brennen an diesen Elementen viele unvorgemischte Diffusionsflammen dicht nebeneinander. Durch gezieltes vorheriges Mischen von Luft und Brennstoff wird eine Vormischverbrennung erreicht, deren primaeres Aequivalenzverhaeltnis durch den Anteil der Vormischluftmenge beeinflusst und die so zu einer gestuften Verbrennung entwickelt wird.