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Atmospheric Testing of Hydrogen Fuel Injectors for RQL Combustion within the Rolls-Royce Pearl15 Hydrogen Demonstrator Engine Program Atmosphärische Untersuchung von Wasserstoff-Kraftstoffinjektoren für Fett-Mager-Verbrennung im Rolls-Royce Pearl 15 Wasserstoff-Demonstratortriebwerksprogramm

Berger, Johannes und Behrendt, Thomas und Eisenring, Sebastián und Janus, Bertram und Clemen, Carsten (2024) Atmospheric Testing of Hydrogen Fuel Injectors for RQL Combustion within the Rolls-Royce Pearl15 Hydrogen Demonstrator Engine Program Atmosphärische Untersuchung von Wasserstoff-Kraftstoffinjektoren für Fett-Mager-Verbrennung im Rolls-Royce Pearl 15 Wasserstoff-Demonstratortriebwerksprogramm. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024, 2024-09-30 - 2024-10-02, Hamburg, Deutschland.

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Kurzfassung

Hydrogen in aviation is a potential candidate to achieve reduced CO2-emissions as well as satisfying the high energy demand for propulsion. The altered combustion characteristics of hydrogen, for example the higher flame speed, needs to be understood for application in aircraft combustors. A total of five swirl stabilized hydrogen injectors for well researched rich-quench- lean combustion were developed and provided by Rolls-Royce Deutschland to the DLR Institute of Propulsion Technology in Cologne. The injectors are tested at atmospheric pressure and otherwise combustor-like test conditions for flame stabilization, weak extinction and thermoacoustic response. The optical measurements to record the rich primary zone consist of cameras in the infrared and ultraviolet wavelengths, which are tuned for water-vapor and OH* radiation respectively. The images are averaged, deconvoluted and overlayed to study the injector designs. All injectors are found to stabilize at all test conditions. The injectors are shown at a lean and at a rich air-fuel-ratio. The thermoacoustic response is low and the weak extinction levels remarkably high. Flame stabilization was observed in the shear layer of the inner recirculation zone and, in some cases, in the shear layer of the outer recirculation. In variant 1 and 2, the fuel is introduced within two air flows and interacts with both, which leads to an elongated heat release zone. The design objective of these two variants was to achieve fast mixing of air and fuel. Contrary, variant 3 to 5 are designed to achieve locally fuel rich and thus colder regions. Variant 3 shows an extraordinarily low fuel velocity in its central fuel injection and produces a V-shaped flame. Variant 4 and 5 also feature a central fuel injection, but achieve a radial velocity component in the fuel by means of a swirler. Fuel and air mix more intense than in the case of V3 and distinct combustion zones form. Lastly, variant 2 and 5 are shown with a shortened seal which eliminates flame anchoring on the seal, but also removed the flow widening effect of the seal. Based on the experimental results, it is concluded that hydrogen flames stabilize well in a kerosene-derived swirl injector at fuel rich and lean conditions. Flame blow off is not expected to be a challenge in hydrogen combustion. The design objective of good mixing for variant 1 and 2 was achieved, as well as locally fuel rich regions created for variant 3 to 5

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212992/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:Förderkennzeichen: 20M2104B (DLR) 20M2104A (RRD) Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG.
Titel:Atmospheric Testing of Hydrogen Fuel Injectors for RQL Combustion within the Rolls-Royce Pearl15 Hydrogen Demonstrator Engine Program Atmosphärische Untersuchung von Wasserstoff-Kraftstoffinjektoren für Fett-Mager-Verbrennung im Rolls-Royce Pearl 15 Wasserstoff-Demonstratortriebwerksprogramm
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Berger, Johannesjohannes.berger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0872-3743NICHT SPEZIFIZIERT
Behrendt, ThomasThomas.Behrendt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4154-3277NICHT SPEZIFIZIERT
Eisenring, Sebastiánsebastian.eisenring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Janus, BertramBertram.Janus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clemen, CarstenRolls-Royce Deutschland Ltd & Co KGNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Oktober 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Jet Engine; Hydrogen Combustion; Hydrogen Burner; Rich Quench Lean (RQL); Swirl Stabilized; Central Recirculation; Rich Combustion; Experimental; Chemieluminescence; Water Vapor Radiation; Abel Deconvolution; Flame Stabilization; Coaxial Injector
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024
Veranstaltungsort:Hamburg, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:30 September 2024
Veranstaltungsende:2 Oktober 2024
Veranstalter :Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt Lilienthal-Oberth e.V.
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik
Hinterlegt von: Berger, Johannes
Hinterlegt am:27 Feb 2025 18:24
Letzte Änderung:27 Feb 2025 18:24

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