Das Ziel, eine emissionsarme Verbrennung in stationären Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken zu erreichen, erfordert ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch. Bei flüssigkerosinbetriebenen Flugzeugtriebwerken besteht die besondere Herausforderung in der schnellen und effektiven Zerstäubung und anschließenden Verdampfung des Kraftstoffs. Wird dies nicht mit ausreichender Qualität erreicht, können erhöhte Mengen an Schadstoffen wie NOx, Ruß oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen beobachtet werden.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wird derzeit die additive Fertigung eines neuartigen Film-Laying-Airblast-Injektors für kompakte Triebwerksdesigns mittels selektivem Laserschmelzen getestet. Dieses Verfahren ermöglicht die integrale Herstellung komplexer Strukturen ohne nachträgliche Nachbearbeitung. Da die anfängliche Filmdicke einen erheblichen Einfluss auf den resultierenden Tropfendurchmesser hat, wurde der Kraftstoffauslassquerschnitt (siehe Detail C) umfangreich optimiert. Im Rahmen der Vorarbeiten wurde ein Auslassquerschnitt von etwa 40 µm in Ringschlitzbreite erreicht. Insgesamt wurden neun verschiedene Injektoren mit verschiedenen Maßnahmen zur Beeinflussung des Luftstroms und des Flüssigkeitsfilms hergestellt, die im weiteren Verlauf des Projekts umfassend getestet werden sollen.
Wir modulieren gezielt die Turbulenz der Gasphasenströmung, z.B. durch den Einsatz von Fraktalgittern und Drallerzeugen, mit dem Ziel, Störungen auf der Flüssigkeitsoberfläche zu unterdrücken oder anzuregen, um die Zerstäubung in möglichst kleine Tröpfchen zu begünstigen. Dieses Projekt läuft derzeit.
Um diesen Zusammenhang zu erforschen, verwenden wir verschiedene konventionelle und synthetische (SAF) Kraftstoffe sowie Referenzkraftstoffe (z.B. n-Dodekan) und untersuchen systematisch den Einfluss der physikalischen Kraftstoffeigenschaften auf die Sprayqualität für verschiedene Einspritzkonzepte. Dieses Projekt läuft derzeit.
Eine Erhöhung der Kraftstofftemperatur reduziert die Viskosität, verändert die Zerstäubung und begünstigt den Verdampfungsprozess, wodurch möglicherweise die Gemischhomogenisierung beschleunigt wird. In diesem Zusammenhang variieren wir die Vorheiztemperatur der Kraftstoffe von Raumtemperatur bis zur überkritischen Einspritzung. Dieses Projekt wird derzeit initiiert.
Der Einfluss der Verdampfung, insbesondere in hochgradig turbulenten (und konvektiven) Strömungen mit Mehrkomponenten- (realen) Kraftstoffen, auf die Gemischbildung mit Schwerpunkt auf der Emissionsentstehung.
Der Einfluss von Umgebungsbedingungen, wie Druck und Temperatur, auf die Zerstäubung, Gemischbildung, Flammenstabilisierung durch Selbstzündung und Emissionsbildung in turbulenten reagierenden Mehrphasenströmungen mit hoher Karlovitz-Zahl.
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