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TU Berlin

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A03: Pulsierende stossfreie Verbrennung

TP-Leiter:
(TUB) Prof. O. Paschereit ()
(FUB) Prof. R. Klein ()

(TUB) WM:  Dipl.-Ing. Thoralf Reichel (          Tel.   (030) 314 28804

(FUB) WM:  Giordana Tornow, M.Sc. (          Tel.   (030) 838-75368

Zusammenfassung

In TP A03 wird der “shockless explosion combustor” (SEC) entwickelt. Als ein mit quasihomogenen Selbstzündungen getriebenes Rijke-Rohr erzielt dieser nahezu isochore Verbrennung mit stoßfreien Pulsationen ohne verlustbehaftete Deflagrationsbeschleunigung. Der Nachweis, dass hinreichend homogene Selbstzündungen prozesstechnisch darstellbar sind, wurde in Phase I geführt. Um auch die nötige Resonanz von Chemie und Akustik mit verfügbaren Brennstoffen zu realisieren, wird in Phase II ein vollwertiger SEC in einer Hochdruckkammer untersucht. Weiterführende Fragen, z.B. nach Prozessstabilität oder der Durchstimmung von Leerlauf bis Vollast, werden wieder theoretisch-numerisch vorgeklärt.

1. Förderperionde 2012 - 2016

Zusammenfassung

Versuchsstand zur Untersuchung der homogenen Zündung. Die fluidischen Elemente sind in rot (Schalter) und blau (Diode) eingezeichnet.
Lupe

Die stoßfreie, druckerhöhende Verbrennung (SEC) ist ein neu vorgeschlagener Betriebsmodus für Gasturbinen. Wie auch die von TP A01 untersuchte detonative Verbrennung verspricht die SEC eine signifikante Wirkungsgradsteigerung, allerdings ohne dabei die starken Druckstöße auszubilden. Der Gesamtwirkungsgrad kann dadurch noch einmal gesteigert und die Materialbelastung reduziert werden. TP A03 beschäftigt sich mit der Realisierung der SEC. Das Teilprojekt gliedert sich in zwei Teile:

An der Technischen Universität Berlin wird die technische Realisierbarkeit des Prozesses untersucht. Mischversuche am Wasserkanal sowie Einzelzündungen am heißen Versuchsstand liefern die notwendigen Parameter für die theoretischen Untersuchungen. Ziel ist ein funktionsfähiger Demonstrator für die SEC.

An der Freien Universität Berlin wird der Prozess theoretisch und in 1D-Simulationen betrachtet. Ziel ist dabei, einen Eindüsungsverlauf für die Treibstoffzufuhr zu finden, der zuverlässige, nahezu homogene - und damit stoßfreie - Zündungen im resonanten Betrieb ermöglicht. Zudem werden hier numerische Verfahren für die Simulation der Eulergleichungen thermisch perfekter Gasgemische untersucht.

Druckanstieg in einer quasi-homogenen Zündung. Die horizontale Achse zeigt den Ort in einem eindimensionalen Rohr, die vertikale die Zeit.
Lupe

Die Auswertung der Ergebnisse von Teilprojekt A07 hat ergeben, dass
SEC-geeignete Treibstoffe erst in hohen Druckregimes verfügbar sind.
Anstelle der vollen SEC tritt im Experiment daher zunächst die
Untersuchung der technischen Realisierbarkeit einer homogenen Zündung
unter streng kontrollierten Bedingungen. Dabei garantieren fluidische
Elemente eine hinreichend schnelle Prozesssteuerung. Die dabei gewonnen
Erkenntnisse sollen genutzt werden, um in der kommenden Projektphase
einen Hochdruckversuch anzustreben. Da technische Einschränkungen
lediglich das Experiment betreffen, führt die theoretische Seite
Voruntersuchungen zur Initiierung der stoßfreien Verbrennung aus dem
klassischen Turbinenbetrieb heraus durch.

Publikationen

Berndt, P.: On the Use of the HLL-Scheme for the Simulation of the Multi-Species Euler Equations. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, Finite Volumes for Complex Applications VII: Elliptic, Parabolic and Hyperbolic Problems:809–816, 2014.

Bobusch, B.C.: Fluidic devices for realizing the shockless explosion combustion process. Dissertation, Technische Universität Berlin, 2015.

Bobusch, B.C., P. Berndt, C.O. Paschereit und R. Klein: Shockless Explosion Combustion: An Innovative Way of Efficient Constant Volume Combustion in Gas Turbines. Combustion Science and Technology, 186(10-11):1680–1689, 2014, ISSN 0010-2202.

Bobusch, B.C., P. Berndt, C.O. Paschereit und R. Klein: Investigation of fluidic devices for mixing enhancement for the shockless explosion combustion process. In: Active Flow and Combustion Control 2014, S. 281–297. Springer, 2015, ISBN 3319119664.

Schäpel, J. S., R. King, B. Bobusch, J. Moeck und C.O. Paschereit: Adaptive Control of Mixture Profiles for a Combustion Tube. In: ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition, S. V04AT04A005, Monday 15 June 2015.

Wolff, S., J.S. Sch¨ apel, P. Berndt und R. King: State estimation for the homogeneous 1-D Euler equation by Unscented Kalman Filtering. In: Proceedings of the ASME Dynamic Systems and Control Conference, 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