Entwicklung und Untersuchung eines LPP Brennerkonzeptes für Druckverbrennung mit geringen Schadstoffemissionen

In der vorliegenden Arbeit werden drallstabilisierte vorgemischte Flammen unter Verwendung von Kerosin als typischen flüssigen Brennstoff, wie er in Flugtriebwerksbrennkammern eingesetzt wird, untersucht. Der Schwerpunkt der durchgeführten Untersuchungen liegt auf der Charakterisierung des erzeugten Strömungsfeldes bei realistischen Reynoldszahlen und auf den Detailprozessen, die zum Wirbelaufplatzen führen bzw. dieses verhindern. Mit der systematischen Analyse der Wirbeltransportgleichung bzw. der axialen Komponente der Impulsgleichungen werden wesentliche Aspekte und Mechanismen, die für die Ausbildung einer Rezirkulationszone in der Brennkammer verantwortlich sind, identifiziert und erklärt. LES-Rechnungen und laseroptische Untersuchungen zeigen dabei den besonderen Einfluss des turbulenten Impulsaustauschs innerhalb des Mischrohrs der Düse. Mit Hilfe eines vereinfachten Modells wird ein Ansatz zur Verfügung gestellt, um das Phänomen des Wirbelaufplatzens für Brennstoffdüsen mit äußerem Drallgenerator und innerem Axialstrahl basierend auf Geometriegrößen vorherzusagen. Neben der reinen Aerodynamik wird Zerstäubungsverhalten der eingesetzten Primärzerstäuber sowie das Emissions- und Stabilitätsverhalten der Düse unter realen Brennkammerbedingungen, d.h. Druck, Temperatur und Stöchiometrie, analysiert. Damit werden Parameter untersucht, die für die Auslegung von schadstoffarmen Brennkammern für Flugtriebwerke von entscheidender Bedeutung sind.