Flammenbeschleunigung in Drallströmungen
Final Report Abstract
Im Kontext der Emissionsreduktion von Stickoxiden ist die magervorgemischte, drallstabilisierte Verbrennung von herausragender technischer Relevanz. Der dabei im Gegensatz zu den bekannten drei Typen auftretende Flammenrückschlag infolge von verbrennungsinduziertem Wirbelaufplatzen (CIVB: combustion induced vortex breakdown) wurde aufbauend auf der vorrangegangenen Antragsperiode in diesem Projekt weitergehend untersucht. Hierbei wurden in dem Projektverbund drei verschiedene Drallbrennertypen (geschlossene Wirbelröhre, offene Wirbelröhre, geschlossene Wirbelröhre mit zentralem Staukörper) sowie Brennstoff- und Skalierungsvariation experimentell und numerisch untersucht. Diesem Teilprojekt wurde dabei aufgrund der weiten Verbreitung der in diesem Projekt untersuchten Drallflammen mit zentralem Staukörper eine besondere Rolle zuteil. Der modifizierte TECFLAM-Brenner mit zentralem Staukörper wurde hinsichtlich der Stabilität gegenüber Flammenrückschlag charakterisiert. Dabei wurde basierend auf vorangegangenen Arbeiten, bei denen der Rückschlag über Variation der Drallzahl eingeleitet wurde, eine Charakterisierung des Stabilitätsbereichs über eine rückschlaginduzierende Variation des Äquivalenzverhältnisses vorgenommen. Die experimentellen Daten wurden darüber hinaus für die Validierung des vom Projektpartner M. Konle (TU München) entwickelte Rückschlagmodells für Drallbrenner ohne zentralen Staukörper genutzt, die eine sehr gute Übereinstimmung zeigten. Weitergehend wurde die Dynamik des Rückschlags über kombinierte Hochgeschwindigkeitsmesstechnik in der Düse des Drallbrenners untersucht und als Datenbasis zusammen mit den Stabilitätskarten für die Validierung von Modellen und Codes im Rahmen des Gesamtprojekts genutzt. Die Besonderheit des Projektes aus methodischer Sicht bestand darin, durch eine Kombination von planarer momentaner Geschwindigkeitsmessung und simultaner Flammenfrontdetektion bei sehr hohen Wiederholraten ein Verständnis über den Mechanismus des Flammenrückschlags infolge von verbrennungsinduziertem Wirbelaufplatzen zu entwickeln. Aus der Kombination der Messtechniken unter zusätzlicher Detektion des Flammeneigenleuchtens konnte eine Klassifizierung der im Experiment auftretenden Erscheinungsformen bzw. Strukturen der Flammenfront und des Geschwindigkeitsfeldes durchgeführt werden, die eine Formulierung einer Hypothese über den treibenden Mechanismus des Phänomens ermöglichte. Hierfür wurde erstmalig eine Instrumentierung aufgebaut, die die Messung von gleichzeitig Geschwindigkeitsfeld und Flammenkonturen bei einer Wiederholrate von 20 bzw. 10 kHz erlaubte.
Publications
- Experimental analysis of flashback in lean premixed swirling flames: Conditions close to flashback; Experiments in Fluids (2007) 43:89-100
A. Nauert, P. Petersson, M. Linne, A. Dreizler
- Simultaneous PIV/PTV/OH PLIF imaging: conditional flow field statistics in partially-premixed turbulent opposed jet flames, Proc. Combust. Inst. 31 (2007), 31:709-717
B. Böhm, D. Geyer, A. Dreizler, K.K. Venkatesan, N.M. Laurendeau, M.W. Renfro
- Planar Laser Diagnostics at High Repetition Rates: Acquisition and Analysis of Transient Combustion Processes, Proceedings of 2008 ASME Turbo Expo, Berlin, Germany, GT2008-50152
C. Heeger, B. Böhm, I. Boxx, W. Meier, S.F. Ahmed, E. Mastorakos, A. Dreizler
- Experimental investigation of stability limits and upstream flame propagation in a lean premixed, swirled annular slot burner, Proceedings of the 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems 2009, Minsk, Belarus
C. Heeger, R.L. Gordon, J. Brübach, A. Dreizler, M. Konle, T. Sattelmayer, M.J. Tummers
- High Repetition Rate Simultaneous Laser Diagnostics applied to Understanding In-Nozzle Mechanisms Controlling Flashback in Lean Premixed Swirled Combustors, Proceedings of the European Combustion Meeting 2009, Vienna, Austria
C. Heeger, R.L. Gordon, M.J. Tummers, A. Dreizler
