Unsere Bemühungen zur Verbesserung der strahlstabilisierten Verbrennung - die für ihre Brennstoffvielseitigkeit und die minimalen Ruß- und NOx-Emissionen bei gasförmigen Brennstoffen bekannt ist - stoßen beim Übergang zu kompakten, mit flüssigem Brennstoff betriebenen Konstruktionen auf Herausforderungen. Das Haupthindernis ist das Fehlen geeigneter Einspritzsysteme, was zu erhöhten Emissionen führt und die Skalierbarkeit in Mikrogasturbinensystemen behindert.
Die Herausforderung besteht darin, dem Verbrennungsprozess innerhalb kurzer Zeiträume ein hervorragendes homogenes Brennstoff-Luft-Gemisch zuzuführen. Dies kann durch eine schnelle und robuste Primärzerstäubung in sehr kleine Tröpfchen erreicht werden, die eine kurze Verdampfungszeitskala aufweisen. Eine solche Entwicklung erfordert ein tiefes Verständnis der multilateralen Wechselwirkungen zwischen Gas-, Flüssigkeits- und Chemiephasen.
Unser Ansatz ist es, den primären Zerstäubungsprozess zu modulieren, die Bildung kleinerer Tröpfchen zu fördern und ihre turbulente Dispersion zu verbessern. Zum Beispiel modulieren wir experimentell das turbulente Strömungsfeld mit raumfüllenden fraktalen Gittern (CFG). Diese Gitter erzeugen multiskalige Turbulenzen mit ausreichender Energie, die sich auf die PS-Folie und/oder den Airblast-Kraftstofffilm auswirken können. Wie in der nebenstehenden Abbildung dargestellt, erreichen wir eine gut entwickelte Tropfenverteilung und Oberflächen, ohne den hohen Strahlimpuls zu verlieren. Durch die Anwendung fraktaler Gitter konnten wir die Tröpfchengröße stromabwärts auf unter 10 μm reduzieren.
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