2019-01-01  –  2023-09-30

349.975,00 EUR

Technische Universität Berlin - Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme - Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) - FG Experimentelle Strömungsmechanik, Berlin, Berlin

0324295E

Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme - Kraftwerke mit Null Emissionen [EA1325]

01183256/1  –  ECOFLEX-turbo - Last- und Brennstoffflexible Verbrennung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die datenbasierte Erstellung sowie Validierung eines Modells für die Vorhersage thermoakustischer Instabilitäten in mit Flüssigbrennstoff betriebenen Brennkammern stationärer Gasturbinen. Ein solches Modell hat das Potenzial, die Entwicklung neuer Verbrennungssysteme deutlich effizienter zu gestalten sowie deren time-to-market signifikant zu reduzieren. Moderne, schadstoffarme Verbrennungssysteme in stationären Gasturbinen beruhen auf dem Prinzip der mager vorgemischten Verbrennung. Unter bestimmten Betriebsbedingungen können in solchen Systemen thermoakustische Instabilitäten auftreten, welche wiederum mit starken Druckpulsationen und Wärmefreisetzungsschwankungen verknüpft sind. Vor dem Hintergrund einer voranschreitenden Flexibilisierung und Wirkungsgradsteigerung sowie strengeren Emissionsrichtlinien kommt der frühzeitigen Vorhersage von Verbrennungsinstabilitäten eine übergeordnete Bedeutung zu. Für flüssige Brennstoffe steht bisher kein geschlossenes Verständnis der genauen Interaktion von akustischen Wellen mit den Teilprozessen des Sprayzerfalls, der Verdampfung sowie der Verbrennung zur Verfügung. Im AP 3.2 soll dafür in mehreren, aufeinander aufbauenden Experimenten ein Modell entwickelt werden, das die beschriebenen Teilprozesse miteinander verknüpft. Zunächst wird dafür das Übertragungsverhalten von Schnelleschwankungen zu Äquivalenzverhältnis-Schwankungen über eine realistische Brennergeometrie untersucht. Diese 'Black Box' wird in einem zweiten Experiment weiter aufgeschlüsselt: in einem stark abstrahierten Mischkanal wird der Sprayzerfall und die Verdampfung unter akustischer Anregung betrachtet. Aus beiden Versuchen gemeinsam kann ein Modell abgeleitet werden, welches die thermoakustischen Eigenschaften des Systems vorhersagt. Ein letzter Schritt wird in einem Validierungsexperiment mit maschinenähnlichen Randbedingungen vollzogen und die Güte des Modells bewertet.