KW21 II
FORSCHUNGSINITIATIVE KRAFTWERKE DES 21. JAHRHUNDERTS
BW L 44 GV Theoretische Erfassung der Abhebehöhe (Lift-Off Height, LOH) von Strahlflammen bei Druckverbrennung
Arbeitsfeld:
Arbeitskreis Brennkammern für Gasturbinen (GV)Bei dem angestrebten Konzept wird ein Brennstoffstrahl mit einem sehr hohen Impuls in einen heißen Abgasstrom eingedüst. Durch die extrem hohen Geschwindigkeiten kann die Flamme erst in einem gewissen Abstand vom Düsenaustritt stabilisieren. Bis zum Stabilisierungspunkt hat der Strahl so viel Masse angesaugt, dass die Verbrennung unter mageren Bedingungen abläuft und deswegen mit sehr niedrigen NOx-Emissionen.
Die Vorteile dieses innovativen Verbrennungskonzeptes neben den niedrigen Emissionen sind der weite Stabilitätsbereich und die Robustheit gegenüber Flammenschwingungen. Das Emissionsverhalten des Verbrennungskonzeptes wird durch die stöchiometrischen Bedingungen unter denen die Verbrennung abläuft gesteuert. Diese hängen hauptsächlich von der Abhebe-höhe der Flamme ab. Somit stellt die Kenntnis der Abhebehöhe einen Schlüsselparameter, um so ein Verbrennungskonzept auszulegen.
Daraus resultiert auch das Ziel des Projektes, das die Wiedergabe der Abhängigkeit der Abhebehöhe von den thermodynamischen Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur) und den Strö-mungsbedingungen (Impulsverhältnis Strahl zu Hauptströmung, Strahlaustrittsdurchmesser) durch Modellierung des Verbrennungskonzeptes anstrebt. Da zu erwarten ist, dass über den gesamten Betriebsbereich unterschiedliche Mechanismen die Abhebehöhe beeinflussen, werden auch drei unterschiedliche Modellansätze eingesetzt. Beim ersten Modellansatz wird die Zündverzugszeit mit der Verweilzeit innerhalb der Abhebehöhe verglichen. Beim zweiten Modellansatz erfolgt die Erfassung der Wechselwirkung von Turbulenz und Wärmefreisetzung durch die Berechnung des Reaktionsfortschritts als Funktion von Konzentration und Temperatur über eine Wahrscheinlich-keitsdichteverteilung. Beim dritten Modellansatz erfolgt die Berechnung der Wärmefreisetzung über instationäre Flamelets.
Projektpartner:
- KIT Karlsruher Institut für Technologie