Rußmodellierung einer GEnx TAPS ähnlichen Magerbrennkammer für verschiedene Flugzustände

Kurzfassung

In dieser Arbeit werden Rußemissionen einer Magerbrennkammer für verschiedene Flugzustände modelliert. Die Magerbrennkammer orientiert sich an der TAPS-Magerbrennkammer der GEnx-Triebwerksserie. Zur Zeit der Bearbeitung war lediglich die in der GEnx Triebwerksserie verbaute TAPS Magerbrennkammer auf TRL 9. Das Rußmodell verwendet ein Reaktornetzwerk, welches vereinfacht die Strömung in einer TAPS ähnlichen Magerbrennkammer darstellt. Das Reaktornetzwerk ermöglicht kurze Rechenzeiten und somit ist, im Gegensatz zu CFD Berechnungen, die Betrachtung vieler Betriebszustände möglich. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines Reaktornetzwerkes die Analyse von Prozessen innerhalb der Brennkammer, welche die Rußbildung und –oxidation beeinflussen. Der Einfluss der Brennkammergeometrie auf die Rußemissionen wird ebenfalls berücksichtigt. Das Reaktornetzwerk wird an Referenzdaten geankert, welche auf den Rußzahlen der ICAO Emissionsdatenbank für die GEnx-Triebwerksserie beruhen. Hierfür werden mittels Korrelationen die ICAO Rußdaten auf andere Betriebszustände extrapoliert, um eine Ankerung des Reaktornetzwerkes bei verschiedenen Flughöhen und Machzahlen zu ermöglichen. Die mit dem geankerten Reaktornetzwerk berechneten Rußemissionsindizes für Betriebspunkte bis in Flughöhen von 22000 ft und in einem Machzahlbereich von 0,0 bis 0,9 liegen im Rahmen der Unsicherheiten. Die Abweichungen zu den Referenzwerten, welche mit den Korrelationen für verschiedene Flugzustände ermittelt wurden, sind in der Regel kleiner 30 %. Das Reaktornetzwerk verwendet einen Kerosinmechanismus, welcher um ein vereinfachtes Rußmodell erweitert wurde. Das vereinfachte Rußmodell ermöglicht kurze Rechenzeiten. Das geankerte Reaktornetzwerk ermöglicht die Berechnung der Rußemissionsindizes an vielen Flugzuständen für Magerbrennkammern einer ähnlichen Performance Envelope wie die TAPS-Magerbrennkammer der GEnx Triebwerke.