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Dr.-Ing. Max Greifenstein

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Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von modernen Fluggasturbinen ist eine Kühlung der Brennkammerwände unerlässlich, da die bei der Verbrennung auftretenden Temperaturen über den zulässigen Einsatzgrenzen metallischer Werkstoffe liegen. Trotz intensiver Forschung auf diesem Gebiet in den letzten 60 Jahren bestehen insbesondere im Hinblick auf die Interaktion zwischen Verbrennung und Kühlluft offene Forschungsfragen. Im Rahmen dieser Arbeit wird diese Interaktion mit laserspektroskopischen Methoden an einer optisch zugänglichen generischen Gasturbinenbrennkammer untersucht. Die Randbedingungen, wie sie in einer realen Fluggasturbinenbrennkammer vorzufinden sind, werden möglichst realistisch abgebildet.

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Interaktion zwischen Kühlluft und Verbrennung im Hinblick auf den Einfluss auf den thermochemischen Zustand und wichtige Reaktionsraten unter parametrischer Variation relevanter Betriebsbedingungen untersucht. Hierzu sind mehrere Messkampagnen geplant. In einem ersten Schritt wird der Einfluss der Kühlluft auf den thermochemischen Zustand, charakterisiert durch die Gasphasentemperatur und die Kohlenmonoxid (CO) Konzentration, mit Hilfe von kohärenter Anti-Stokes Raman (CARS) Thermometrie und quantitativer Laser induzierter Fluoreszenz des CO Moleküls (CO-LIF) untersucht.

In einem weiteren Schritt wird die Mischung von Effusionskühlluft und Hauptströmung mit Hilfe eines tracer-basierten LIF Verfahrens (Stickstoffmonoxid, NO-LIF) untersucht. Gleichzeitig wird die instantane räumliche Lage der Flammenfront anhand es Hydroxyl-Radikals (OH-LIF) gemessen, um einen Rückschluss zu erlauben, in welchen Bereichen des thermochemischen Zustands (Vorwärmzone – Reaktionszone – Abgas) Mischungen dominieren.

In der letzten Phase des Projektes wird die chemische Interaktion zwischen Verbrennung und Kühlluft mit Hilfe einer kombinativen Messung von Formaldehyd (CH2O-LIF), Hydroxyl-Radikal (OH-LIF) und Kohlenmonoxid (CO-LIF) untersucht.