Das Projekt "KEROMIX: Modellierung und experimentelle Untersuchung von Mischungsvorgängen in Gasturbinenbrennkammern - Turbulenz- und Mischungsmodell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Die Senkung der Schadstoffemissionen ist eine zentrale Aufgabe des nationalen Luftfahrtforschungsprogramms. Verbesserte Wirkungsgrade fuehrten in den vergangenen Jahren zu einer erheblichen Reduktion der einzusetzenden Brennstoffmenge, die wiederum direkt mit den CO2- und H2O-Emissionen verknuepft ist. Die damit verbundenen hoeheren Druecke und Temperaturen beguenstigen jedoch den NOx-Bildungsprozess. Eine Moeglichkeit, die NOx-Bildung zu vermeiden, ist die Mager-Verbrennung. Um die magere Stabilitaetsgrenze nicht zu unterschreiten, ist es unabdingbar, den Einfluss der Sekundaerluft-Einblasung auf die Primaerzone zu kennen. Daher befasst sich das Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (FG EKT) der Technischen Hochschule Darmstadt mit der Modellierung und experimentellen Untersuchung von Mischungsvorgaengen in Gasturbinenbrennkammern. Das Teilprojekt geliedert sich in einen theoretischen und experimentellen Teil. In dem theoretischen Teil soll das Stroemungsfeld in der Mischzone mit Hilfe numerischer Simulation beschrieben werden. Diese hochturbulenten Strukturen sollen durch moderne Reynolds-Spannungs-Modelle beschrieben werden. Entsprechend soll die Mischung der beiden Teilstroeme ebenfalls mit einem Schliessungsmodell zweiter Ordnung erfasst werden. Hervorzuheben ist hier, dass gesicherte Mischungsmodelle zweiter Ordnung mit vollstaendig bestimmten Konstanten zur Zeit nicht vorliegen und der Neuheitscharakter dieser Modelle daher verstaerkten Entwicklungsaufwand erfordert. Die experimentellen Untersuchungen umfassen im wesentlichen Messungen am Mischkammerpruefstand des Fachgebietes Gasturbinen und Flugantriebe (FG GFA) und erfolgen in enger Zusammenarbeit mit dem FG GFA. Mit Hilfe von LDA-Messungen soll das Geschwindigkeitsfeld in der Mischkammer bestimmt werden. Die komplexe Stroemung, drei verdrallte Hauptstroemungen mit senkrecht dazu eingeblasenen Freistrahlen, erfordert eine hohe Raumaufloesung und moeglichst dreidimensionale Messungen. Anhand dieser Messergebnisse sollen die zu entwickelnden Modelle validiert werden und dann zu einem nulldimentionalen Modell zusammengefuehrt werden. Dieses nulldimensionale Modell sol die Rueckstromrate in die Primaerzone anhand der Einflussparameter Drallzahl und Impulsverhaeltnis beschreiben.
Das Projekt "Erweiterung des Magerbereichs durch verbesserte Kuehlung (Verbundprogramm: Stabile schadstoffarme Magerverbrennung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Energiemaschinen und Maschinenlabor durchgeführt. Eine Voraussetzung fuer die Magerverbrennung bei hoeheren Druecken und Temperaturen zukuenftiger Triebwerke ist, dass Kuehlluft fuer die Bauteile zugunsten der fuer das Abmagern benoetigten Brennkammer-Primaerluft eingespart wird. Bekannte konstruktive Kuehlelemente sind Effusionsbohrungen (als praktikable Naeherung fuer poroeses Material) und Prallstrahlen. Problem: Die Flammenstrahlung durchdringt den heissgasseitigen Kuehlfilm, der aus den Effusions-Kuehlluftstrahlen entsteht. Der Kuehlfilm reagiert empfindlich auf gestoerte Aussenstroemung. Die fuer hoehere Temperaturbestaendigkeit entwickelten, schwierig zu bearbeitenden Werkstoffe sowie keramische Deckschichten oder zu halternde Keramikplatten beschraenken die Moeglichkeiten der Effusionskuehlung. Deshalb muss der Innenkuehlanteil erhoeht werden. Notwendig sind systematische Untersuchungen, die Grobstruktur wird mit den Partnern abgestimmt. Experimentell werden die Temperaturen, Kuehleffektivitaeten und Waermeuebergangskoeffizienten im 'heissen Modell' an den optisch zugaenglichen Flaechen unter anderem ueber IR-Kamera bestimmt. Die Verhaeltnisse an abgedeckten Flaechen (Spaltzwischenraum) werden u.a. ueber die Waerme-Stoff-Analogie (Naphthalin-Sublimation, isotherm) quantifiziert. Totraeume im Spaltzwischenraum werden qualitativ ueber holografische Interferometrie, d.h. ohne die fuer LDA-Messungen notwendigen Tracer, in Abhaengigkeit von Geometrie und Impuls bestimmt. Abgestimmte Parameter sowie Auswertung bzw. Berechnung in Kennzahlform gewaehren die Uebertragbarkeit.
Das Projekt "Strukturbildung in ummantelten Drallstroemungen (Verbundprogramm KEROMIX)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik durchgeführt.
Das Projekt "Laserspektroskopische Messung der absoluten Hydroxylradikalkonzentration in der Austrittsebene vom kommerziellen Duesentriebwerken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der Lufthansa AG, der Lufthansa Technik AG und dem MPI fuer Kernphysik, Abt. Atmosphaerenchemie werden am Pruefstand HAM 2 in Hamburg unter realen Betriebsbedingungen absolute Hydroxylradikalkonzentrationen am Duesenaustritt gemessen. Die Kenntnis dieser Konzentration ist notwendig zum Verstaendnis der Schadstoffbildungsbilanz fuer Schadstoffe wie HNO2, HNO3 und H2SO4. Allen Saeuren ist gemeinsam der Beitrag zur Kondensbildung in der Atmosphaere. Mit den am physikalisch-chemischen Institut entwickelten laserspektroskopischen Verfahren werden die Hydroxylradikalkonzentrationen unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit Hilfe von schmalbandig abstimmbaren Hochleistungsexcimerlaser und bildverstaerkten CCD-Kameras mit Ultrakurzzeitverschluss gemessen. Simultan zu diesen Messungen werden durch die MPI-Gruppe Substanzen wie HNO2, HNO3 und H2SO4 im Abgas gemessen. Durch die Korrelation der Messergebnisse koennen die durch mathematisch-chemische Simulationsmodelle vorhergesagten Beitraege einzelner Bildungswege ueberprueft werden.