Flammenbeschleunigung in Drallströmungen

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Technische Verbrennungsprozesse nutzen zur Stabilisierung sowie zur Gewährleistung kompakter Wärmefreisetzungszonen verdrallte Strömungen. Der Übergang von kohärenten Strukturen, die in Drallerzeugern generiert werden, in Turbulenz ist ein komplexes instationäres sowie räumlich dreidimensionales Problem. Das Verständnis und eine numerische Beschreibung werden im Falle chemischer Reaktionen noch zusätzlich durch Wärmefreisetzung und vor allem Dichteänderungen erschwert. Obwohl verdrallte Strömungen und Drallflammen seit langer Zeit wissenschaftlich untersucht werden, ist eine zufriedenstellende numerische Simulation vor allem instationärer Prozesse wie dem Flammenrückschlag im Falle vorgemischter Brennstoff-Luft Systeme oder das Verbrennungs-induzierte Wirbelaufplatzen noch nicht quantitativ erfolgt und daher noch nicht ausreichend verstanden. Aufgrund der technologischen Relevanz aber ist eine optimierte numerische Beschreibung wie auch ein vertieftes Verständnis z.B. für die deterministische Auslegung von Mager-Brennverfahren unerlässlich. Ein erweitertes Verständnis setzt eine umfassende Untersuchung geeigneter Testfälle voraus. In diesem Vorhaben wird der durch verbrennungsinduzierte Wirbelaufplatzen verursachte Flammenrückschlag in einem Ringspalt untersucht. Dies stellt eine grundsätzlich andere Geometrie als offene oder eingeschlossene Wirbel dar, wie sie in den Teilprojekten 1 und 4 untersucht werden. Nachdem in der ersten Förderperiode Zustände kurz vor dem Rückschlag in einer hierfür geeigneten Ringspaltgeometrie untersucht wurden, soll in der zweiten Periode die Dynamik des Rückschiagens mit Hochgeschwindigkeitsmesstechnik genau analysiert werden. Um die Dynamik der im jeweiligen Einzelereignis sehr unterschiedlichen Flammenrückschlag zu untersuchen, ist eine hohe Zeitauflösung und eine hohe Wiederholrate notwendig, um das instationäre Phänomen des Rückschlags als Zeitsequenz zu erfassen und einer nachfolgenden Datenbearbeitung zugänglich zu machen. Es sollen die PIV bei Wiederholraten von bis zu 10kHz eingesetzt werden, um das Strömungsfeld konditioniert auf die momentane Flammenfläche zu bestimmen. Weiterhin soll die Temperatur ebenso bei hohen Wiederholraten punktweise oder ggf. auch entlang einer Linie zur Temperaturbestimmung gemessen werden. Neben Daten zur Validierung numerischer Simulationsrechnungen in den Teilprojekten 5 und 6 unterstützen diese Daten auch ein besseres Verständnis des Phänomens des verbrennungsinduzierten Wirbelaufplatzens mit anschließendem Flammenrückschlag.