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High-pressure testing of hydrogen fuel injectors in a triple-sector RQL-rig for the Rolls-Royce Pearl 15 Hydrogen Demonstrator Engine Program

Eisenring, Sebastian und Behrendt, Thomas und Berger, Johannes und Tiessen, Peter und Janus, Bertram und Clemen, Carsten (2015) High-pressure testing of hydrogen fuel injectors in a triple-sector RQL-rig for the Rolls-Royce Pearl 15 Hydrogen Demonstrator Engine Program. CEAS Aeronautical Journal. Springer. doi: 10.1007/s13272-025-00922-2. ISSN 1869-5590.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s13272-025-00922-2

Kurzfassung

As part of Germany's LuFo 6 program 'WOTAN', Rolls-Royce Deutschland (RRD) investigated direct H2 combustion in Rich-Quench-Lean (RQL) mode. Two H2-injectors, previously tested under atmospheric conditions, were evaluated at elevated pressures and preheat temperatures in the High-pressure Optical Triple Sector (HOTS) at DLR's HBK1 facility. These tests served as a safety check for the following full-annular test at take-off operating condition. Both injectors were tested at 7% take-off load, with variations in air-to-fuel ratio (AFR) to examine the effects of stoichiometry on flame characteristics and NOx emissions. Flame imaging was conducted using ultra-violet (UV)-, near-infrared (NIR)-, and visible spectrum diagnostics to visualize OH*, water vapor and flame luminosity. Exhaust gas measurements were performed downstream of the combustion chamber's convergent section. Both injectors demonstrated stable combustion across all test conditions, maintaining consistent flame position and shape despite changes in pressure, temperature and AFR. However, significant differences in NOx emission index (EI) were observed between the injectors. The injector with higher NOx emissions exhibited flame anchoring at the injector exit, while the other maintained a lifted flame, reducing thermal NOx formation. Additionally, AFR variation revealed different sensitivities of EI NOx, attributed to distinct fuel placement and local stoichiometry. One injector developed a second heat release zone in the inner recirculation region at higher AFRs, further contributing to elevated NOx.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220676/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:LuFo Projekt WotAn (Wasserstoffverbrennungstechnologie für Antriebssysteme der neuen Generation) 20M2104A (RRD) und 20M2104B (DLR)
Titel:High-pressure testing of hydrogen fuel injectors in a triple-sector RQL-rig for the Rolls-Royce Pearl 15 Hydrogen Demonstrator Engine Program
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Eisenring, Sebastiansebastian.eisenring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Behrendt, ThomasThomas.Behrendt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4154-3277NICHT SPEZIFIZIERT
Berger, Johannesjohannes.berger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0872-3743199776093
Tiessen, Peterpeter.tiessen (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Janus, BertramBertram.Janus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clemen, CarstenRolls-Royce Deutschland, Dahlewitz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 November 2015
Erschienen in:CEAS Aeronautical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1007/s13272-025-00922-2
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Fischer, MarkusMarkus.Fischer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dieball, AndreaAndrea.Dieball (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hillenherms, CorneliaCornelia.Hillenherms (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-9069-6538NICHT SPEZIFIZIERT
Kreikemeier, JankoJanko.Kreikemeier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3898-7344199776094
Beaumier, P.ONERA, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bernelli, FrancoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gaudenzi, PauloNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schade, BrittaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer
Name der Reihe:Springer Nature Link
ISSN:1869-5590
Status:veröffentlicht
Stichwörter:H2-Direct Combustion; RQL-Combustion; H2O-Imaging; OH*-Chemiluminescence; NOx
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 > Brennkammer
Hinterlegt von: Berger, Johannes
Hinterlegt am:15 Dez 2025 15:00
Letzte Änderung:17 Dez 2025 12:50

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