Experimentelle Untersuchung des Zerstäubungsverhaltens luftgestützter Brennstoffdüsen bei oszillierenden Strömungen

Forschungsberichte aus dem Institut für Thermische Strömungsmaschinen, Bd. 60/2015

Armin Müller

ISBN 978-3-8325-4011-1
188 pages, year of publication: 2015
price: 37.50 €
Experimentelle Untersuchung des Zerstäubungsverhaltens luftgestützter Brennstoffdüsen bei oszillierenden Strömungen

Luftgestützte Zerstäuberdüsen, sogenannte "Airblast-Atomizer", werden als wesentliches Element der Verbrennungsführung in Brennkammern moderner Flugtriebwerke zur Zerstäubung von flüssigen Kraftstoffen eingesetzt. Während vergleichsweise umfassende Informationen über das Zerstäubungsverhalten unter stationären Bedingungen vorliegen, sind die Auswirkungen einer instationären Luftströmung aufgrund von Brennkammerschwingungen auf den Gemischbildungsvorgang weitgehend unbekannt.

Mit Hilfe umfangreicher phasenaufgelöster Messungen des schubspannungsgetriebenen Flüssigkeitsfilms innerhalb der Düse, der oszillierenden Luftströmung, der Zerfallsstruktur an der Zerstäuberkante und des erzeugten Brennstoffsprays im Nahfeld der Düse werden in dieser Arbeit wesentliche Wirkmechanismen der instationären Zerstäubung identifiziert.

Damit wird das Verständnis des Einflusses der transienten Gemischbildung auf die Ausbildung thermoakustischer Verbrennungsschwingungen in schadstoffarmen Brennkammern von Flugtriebwerken und Gasturbinen wesentlich verbessert. Die Erweiterung des Particle Tracking Verfahrens (PTV) zur Charakterisierung der Zweiphasenströmung unmittelbar an der Zerstäuberlippe der Brennstoffdüse eröffnet die Möglichkeit zur quantitativen Erfassung der Dispersion asphärischer Tropfen und komplex geformter Ligamente. Dieser Bereich blieb dem bisher häufig eingesetzten Phasen Doppler Anemometer (PDA) verschlossen.