Zum Einfluss einer Pilotierung auf das Strömungsfeld und die Flammenstabilisierung in Gasturbinenbrennkammern
Jens Färber
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Jens Färber, Zum Einfluss einer Pilotierung auf das Strömungsfeld und die Flammenstabilisierung in Gasturbinenbrennkammern (2013), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832595081
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Beschreibung / Abstract
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.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 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
- 2.2 Veröffentlichungen zurWeiterentwicklung mager vorgemischter Verbrennungssysteme
- 2.3 Vorgehensweise im Rahmen der vorliegenden Arbeit
- 3 Systematik zur Stabilisierung pilotierter Drallflammen
- 3.1 Isotherme Drallströmungen
- 3.2 Flammenstabilisierung in Drallströmungen
- 3.3 Brenneigenschaften relevanter Gasgemische
- 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
- 4.6 Unsicherheiten der Betriebsgrößen
- 5 Messtechnik
- 5.1 Chemilumineszenz - Abbildung
- 5.2 Laser-Doppler-Anemometrie
- 5.3 Temperaturmessung
- 5.4 Emissionsmesstechnik
- 5.5 Eignung und Einsatz der Messtechnik
- 6 Experimentelle Ergebnisse
- 6.1 Vergleich isothermer mit reagierender Strömung im Auslegungsfall
- 6.2 Vormischverbrennung mit und ohne Pilotgas
- 6.3 Dynamische Stabilität in den beiden Strömungsfeldern
- 6.4 Schadstoffemissionen
- 6.5 Auswirkungen auf die Wandbelastung und die Verbrennung im Eckwirbel
- 6.6 Transition zwischen weiter und enger Strömungsform
- 6.7 Untersuchungen mit wasserstoffhaltigem Brennstoff
- 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