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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

TP A01: Pulsierende Detonationsverbrennung in einer Multi-Rohr-Konfiguration

TP-Leiter:
Prof. O. Paschereit ()
Prof. J. Moeck ()

WM:  Fabian Völzke, M.Sc. ()
Tel.   (030) 314 28802

Zusammenfassung

Die pulsierende Detonationsverbrennung wird experimentell an einem Multi-Rohr-Prüfstand untersucht und der Einfluss verschiedener Zündsequenzen auf die Interaktion zwischen Brennrohren und turbinenseitigem Plenum charakterisiert. Experimente im Dauerbetrieb zur Rohr-Querinteraktionen mit variierender Plenumsgeometrie werden durchgeführt. Der Einfluss erhöhter Eintrittstemperatur und erhöhten Betriebsdruckes auf den Übergang von Deflagration zu Detonation wird anhand der Einzelrohrkonfiguration aus der 1. Phase untersucht.

1. Förderperiode 2012 - 2016

Druckerhöhung in Brennkammern durch pulsierende Verbrennung

Zusammenfassung

Das Arbeitsprogramm des Teilprojektes A01 umfasst den Aufbau eines Leitexperimentes innerhalb des SFBs in Form einer pulsierenden Detonationsbrennkammer. Zur Realisierung eines zuverlässigen periodischen Betriebes bei hohen Feuerungsfreuenzen werden in Zusammenarbeit mit den numeri­schen, theoretischen und regelungstechnischen Teilprojekten Methoden zur Beschleunigung des Überganges von Deflagration zu Detonation und zur geeigneten Brennstoff- und Luftzufuhr erarbeitet und im Experiment umgesetzt. Die dabei gemessenen  Daten dienen anderen Teilprojekten im Rahmen des SFB als Randbedingungen.

Abb. 1: Laserschnitttomographie von einer Flamme, die von einer Blende (links) und einer Platte (rechts) beschleunigt wird.
Lupe

In Vorarbeiten wurden Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zur Flammenvisualisierung mittels Laserschnitttomographie durchgeführt. Der Zweck dieser Versuche war die Bestimmung der initialen Flammenausbreitung und -beschleunigung bei unterschiedlichen Strömungshindernissen. Hierbei wurde festgestellt, dass die Form der Hindernisse von untergeordneter Bedeutung ist im Vergleich zum Einfluss des Verblockungsverhältnisses.

Die Flammenausbreitung für zwei verschiedene Strömungshindernisse (eine Platte und eine Blende) ist in Abb. 1 dargestellt. Weitere beispielhafte Versuchsergebnisse werden in Abb. 2 gezeigt. Auf Grundlage der Versuche wurde eine Ausgangsgeometrie für einen neuen Prüfstand bestimmt. Dieser Prüfstand ist im neuen Energielabor des Fachgebiets für Experimentelle Strömungsmechanik untergebracht, das von der TU Berlin finanziert und in Januar 2014 eröffnet wurde. Damit wurden neben dem Labor für die Teilprojekte A01 und A03 des SFB auch weitere Labore geschaffen. Ein Labor wird für die Untersuchung von thermoakustischen Instabilitäten in stationären Gasturbinen und Luftfahrtantrieben genutzt. Weiterhin wurde ein Labor für eine komplette Gasturbine eingerichtet, um thermodynamische Zyklen von innovativen Prozessen wie dem Einsatz vom Wasserdampf in der Verbrennung zu erforschen.

Abb. 2: Wellengeschwindigkeit bei unterschiedlicher Anzahl von Blenden und variablen Abständen.
Lupe

Für die aktuelle Detonationsbrennkammer stehen zwei wesentliche Aufbaumöglichkeiten zur Verfügung. Eine Möglichkeit besteht aus einem modularem Aufbau von Rohrabschnitten und Blenden, wobei sowohl die Anzahl der Blenden als auch deren Abstände  flexibel variiert werden können. Der Druck kann mit Hilfe von schnellen piezoelektronischen Druckaufnehmern erfasst werden, um die Geschwindigkeit von Detonationswellen zu ermitteln. Der Aufbau des Prüfstands ist in Abb. 3 dargestellt.

Abb. 3: Detonationsprüfstand mit 7 Blenden und eingebautem Druckaufnehmer.
Lupe

Im alternativen Aufbau des Prüfstands sind zwei Seiten der Brennkammer aus Acrylglas gefertigt, um einen optischen Zugang zu ermöglichen. Als optische Messverfahren kommen hochzeitaufgelöste Schlieren- und Schattenverfahren zum Einsatz. Verschiedene Einsätze können in die obere und untere Wand eingebracht werden, um Effekte von Hindernissen und dynamischer Eindüsung auf die Flammenbeschleunigung zu untersuchen. Beispiele von Schattenbildern für laminare und turbulente Einlassbedingungen sind in Abb. 4 zu sehen.

Abb. 4: Schattenbilder von einer Flamme mit turbulentem Einlass (oben) und einer Flamme im ruhendem Medium (unten). Die Flamme wird in einem quadratischen Kanal mit einer doppelseitigen Querschnittsverengung beschleunigt.
Lupe

Publikationen

Gray, J., J. Moeck und C. Paschereit: Non-reacting investigations of a pseudo-orifice for the purpose of enhanced deflagration to detonation transition. In Roy, G.D. and Frolov, S.M. ed. International Conference on Pulsating and Continuous Detonations, Torus Press, 2014.

Gray, J., C. Paschereit und J. Moeck: An Experimental Study of Different Obstacle Types for Flame Acceleration and DDT. In: Active Flow and Combustion Control 2014, S. 265–279. Springer, 2015.

Gray, J., J. Moeck und C. Paschereit: Effect of initial flow velocity on the flame propagation in obstructed channels. 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibition. Orlando, USA, 2015.

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Sprecher

Prof. Dr.-Ing. Rudibert King

Wiss. Koordinator

M.Sc. Christina Riehn
+49 30 314 21422
Raum ER 102

Sekretariat
Steffi Stehr
Sekr. ER 2-1
Raum 107
Hardenbergstr. 36a
10623 Berlin
Tel: 314 23110