Numerische Auslegung einer gestuften schadstoffarmen Flugtriebwerksbrennkammer

Abstract

In dieser Arbeit wurde eine axial gestufte Fluggasturbinen Brennkammer ausgelegt, deren Form und Einbauabmessungen der Brennkammer eines industriellen Flugtriebwerks ähnelt, jedoch ein neues Verbrennungskonzept hat: in der Hauptstufe magere, vorgemischte Verbrennung und in der Pilotstufe Fett-Mager-Verbrennung. Die Arbeit konzentrierte sich auf die numerische Optimierung der Mischungsqualität der Luftzumischung der Pilotstufe und deren Auswirkung auf die emittierten Stickoxide (NOx) der gesamten Brennkammer. Hierzu wurde ein chemisch-kinetisches Reaktionsschema, das Schemata zweier Literaturquellen kombinierte und zusätzlich die wichtigste CO-Oxidationsreaktion umfasste, im Postprocessing eingesetzt. Die Optimierung erfolgte mit einem kommerziellen CFD-Code. Die letztendlich in den einzelnen Zonen emittierte Menge des NOx hängt von der NOx-Bildungsrate und der Aufenthaltszeit in der Zone ab. Dadurch stellte sich ein zonaler Ausgleich der NOx-Emissionen heraus, sodass die NOx-Emission der gesamten Brennkammer für die einzelnen untersuchten Geometrieänderungen nicht sehr unterschiedlich war. Darüberhinaus zeigte sich im Gegensatz zur Auffassung verschiedener Autoren, dass die NOx-Emission der gesamten Brennkammer mit der Mischungsqualität nur schwach korrelierte.