Hochimpulsstrahl-stabilisierte Verbrennungssysteme bieten eine große Vielseitigkeit in einem vielfältigen Brennstoffmarkt, der von reinem Wasserstoff bis hin zu extraleichtem Heizöl reicht und gleichzeitig niedrige Emissionen (d. h. NOx und Partikel) gewährleistet. Der Verbrennungsprozess bietet eine kurze Verweilzeit des Gemischs, wodurch Probleme wie vorzeitige Selbstzündung oder Flammenrückschlag vermieden werden und eine homogene Temperaturverteilung während des gesamten Verbrennungsprozesses unabhängig von der Brennstoffzusammensetzung gewährleistet wird. Ein Nachteil ist die lange Flammenlänge und bei Systemen, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, die Skalierbarkeit auf kompakte Designs.
Charakteristische Merkmale der Low-Swirl-Verbrennung sind das Fehlen einer internen Rezirkulationszone, die große Abgasmengen zur Stabilisierung an die Flammenwurzel transportiert, und eine divergierende Strömung mit kürzeren Verweilzeiten für heiße Verbrennungsprodukte, was die NOx-Bildung im Flammenausbrand minimiert. Low-Swirl-Konzepte werden typischerweise in vorgemischten Flammen mit mittlerem bis hohem Drall untersucht.
In dieser Arbeit haben wir einen neu entwickelten, additiv gefertigten (AM) Low-Swirl-Injektor in eine strahlstabilisierte Verbrennung mit hohen Impulsen integriert und dabei erfolgreich beide Aspekte berücksichtigt: (i) verbesserte Robustheit der Injektionssysteme zur Verbesserung der Skalierbarkeit und Gemischbildung und (ii) reduzierte Flammenlänge zur Realisierung kompakter Brennkammern. Darüber hinaus verstärkt die Umfangsströmung die radiale Brennstoffplatzierung mit
erhöhte kinetische Turbulenzenergie, was zu einer schnellen Homogenisierung des Gemischs und einer geringeren Rußneigung führt.
Das entwickelte Einspritzsystem kann als Schlüsseltechnologie für die Integration der mit Flüssigbrennstoff betriebenen Hochimpuls-Strahlverbrennung in kompakte Systeme wie Mikrogasturbinen und hybride Flugzeugtriebwerke betrachtet werden.
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