Zum Einfluss einer Pilotierung auf das Strömungsfeld und die Flammenstabilisierung in Gasturbinenbrennkammern / Jens Färber.

Format:

Book

Author/Creator:

Färber, Jens, author.

Series:

Forschungsberichte Aus Dem Institut Für Thermische Strömungsmaschinen

Language:

German

Subjects (All):

Airplanes--Piloting.

Airplanes.

Gas-turbines.

Physical Description:

1 online resource (185 pages).

Edition:

1st ed.

Place of Publication:

Berlin : Logos Berlin, 2013.

Summary:

Long description: Der Bedarf nach möglichst flexibel einsetzbaren stationären Gasturbinen und die immer weiter verschärften Emissionsgrenzwerte führen zu zwei konkurrierenden Entwicklungszielen: Einerseits sollen mager vorgemischte Verbrennungssysteme immer magerer btrieben werden, anderereseits sollen ihre Betriebsgrenzen erweitert werden. Diese beiden Ziele werden heute oft mittels Pilotierung (auch: brennstoffstufung) erreicht. allerdings sind die Mechanismen, über die das Pilotgas auf die Stabilität der Verbrennung wirkt, noch nicht vollständig verstanden. Diese Lücke im Kenntnisstand und in der systematischen Beschreibung der relevanten Effekte behindert die Weiterentwicklung magerer Verbrennungskonzepte. Sie wurde in der Arbeit teilweise geschlossen.

Contents:

Intro

1 Einleitung

1.1 Ziele der Entwicklung von Verbrennungssystemen in Gasturbinen

1.2 Pilotierte drallstabilisierte magere Vormischverbrennung

1.3 Zielsetzung der Arbeit

2 Problemstellung und Kenntnisstand

2.1 Beschreibung und Funktion mager vorgemischter Verbrennungssysteme

2.1.1 Magere Vormischverbrennung

2.1.2 Flammenstabilisierung durch aufgeplatzte Drallströmungen

2.1.3 Pilotierung (gestufte Verbrennung)

2.2 Veröffentlichungen zurWeiterentwicklung mager vorgemischter Verbrennungssysteme

2.2.1 Flammenstabilisierung

2.2.2 Pilotierte Verbrennung

2.2.3 Thermoakustik

2.2.4 Stickoxidemissionen teilweise vorgemischter Brenngase

2.3 Vorgehensweise im Rahmen der vorliegenden Arbeit

3 Systematik zur Stabilisierung pilotierter Drallflammen

3.1 Isotherme Drallströmungen

3.1.1 Drall in Rohrströmungen

3.1.2 Drallströmungen in Brennkammern

3.1.3 Einflüsse der Brennkammergeometrie auf das Wirbelaufplatzen

3.2 Flammenstabilisierung in Drallströmungen

3.2.1 Systematik zur Flammenlage in Drallströmungen

3.2.2 Rückwirkungen der Flamme auf das Wirbelaufplatzen

3.2.3 Rückwirkungen der Flamme und ihrer Lage auf Flammenschwingungen

3.3 Brenneigenschaften relevanter Gasgemische

3.3.1 Stöchiometrie, Heizwert und Flammentemperatur

3.3.2 Selbstzündzeit

3.3.3 Laminare Brenngeschwindigkeit und Verlöschgrenze

3.3.4 Turbulentes Zeitmaß der Verbrennung

3.4 Auswirkung von Pilotgas

3.5 Zusammenfassung und experimenteller Ansatz

4 Prüfstand: Aufbau und Betrieb

4.1 Gestaltung des Prüfstands als Modellsystem für die magere Gasturbinenverbrennung

4.2 Brenner

4.3 Brennkammer

4.4 Geometrie- und Betriebsparameter

4.5 Instrumentierung und experimentelle Zugänge

4.5.1 Überwachung des Betriebszustands

4.5.2 Sondenmessungen im Brennraum.

4.5.3 Optischer Zugang für Punktmessungen (LDA)

4.5.4 Extraktive Emissionsmessung

4.5.5 Flächiger Zugang für Fotografie und Chemilumineszenz-Aufnahmen

4.6 Unsicherheiten der Betriebsgrößen

4.6.1 Unsicherheit und zeitliche Schwankung der Mess- und Regelgrößen

4.6.2 Variabilität der Eigenschaften der Edukte

4.6.3 Unsicherheit der chemischen Zeitmaße

5 Messtechnik

5.1 Chemilumineszenz - Abbildung

5.1.1 Optische Abbildung

5.1.2 Interpretation von Chemilumineszenz-Aufnahmen

5.2 Laser-Doppler-Anemometrie

5.2.1 LDA in Brennkammern

5.2.2 Eigenschaften des verwendeten Messsystems

5.3 Temperaturmessung

5.3.1 Thermoelementsonde und Messwerterfassung

5.3.2 Bestimmung der Gastemperatur und Quereinflüsse

5.3.3 Diskussion des Korrekturverfahrens und der Messfehler

5.4 Emissionsmesstechnik

5.5 Eignung und Einsatz der Messtechnik

6 Experimentelle Ergebnisse

6.1 Vergleich isothermer mit reagierender Strömung im Auslegungsfall

6.1.1 Kohärente Strukturen

6.1.2 Flammenposition im Auslegungsfall

6.2 Vormischverbrennung mit und ohne Pilotgas

6.2.1 Fälle mit Leckageluft: Detektion zweier Strömungsfelder

6.2.2 Betriebszustände mit zwei Strömungsformen

6.2.3 Übergänge und Flammenposition

6.3 Dynamische Stabilität in den beiden Strömungsfeldern

6.4 Schadstoffemissionen

6.5 Auswirkungen auf die Wandbelastung und die Verbrennung im Eckwirbel

6.5.1 Thermische Belastung der Brennkammerwand

6.5.2 Messtechnik: indirekte Detektion der Strömungsform

6.5.3 Wärmefreisetzung in der äußeren Scherzone

6.6 Transition zwischen weiter und enger Strömungsform

6.6.1 Transition bei Änderung des Äquivalenzverhältnisses

6.6.2 Enges Strömungsfeld trotz Pilotierung

6.7 Untersuchungen mit wasserstoffhaltigem Brennstoff

6.7.1 Verbrennungseigenschaften wasserstoffhaltiger Brenngase.

6.7.2 Flammenstabilisierung bei variiertem chemischem Zeitmaß

7 Überlegungen zur Verbesserung pilotierter Verbrennungssysteme

7.1 Einfluss der Pilotierung auf die statische Stabilität

7.2 Einmischung des Pilotgases

7.3 Zielkonflikt bei der Auslegung von magereren Verbrennungssystemen

7.4 Vorhersagbarkeit, numerische Strömungssimulation

7.5 Einfluss der Wandkühlung auf die Flammenstabilisierung

8 Zusammenfassung

Anhang

Literatur.

Notes:

PublicationDate: 20131231

Description based on print version record.

ISBN:

3-8325-9508-2

9783832595081

OCLC:

1021803051