Die Entwicklung einer effizienten, ressourcenschonenden und damit kostengünstigen Stromerzeugung treibt seit bereits mehr als 100 Jahren die Forschung an. Gerade im Bereich der Gasturbinen werden immer größere Anstrengungen unternommen, um den Wirkungsgrad der Energieumwandlung weiter zu erhöhen. Hierfür verspricht die Gleichraumverbrennung eine enorme Wirkungsgradsteigerung. Die bisher vorgeschlagenen Prozesse der Gleichraumverbrennung haben jedoch einige Nachteile. Der neue und innovative Prozess der Stoßfreien Explosionsverbrennung (Shockless Explosion Combustion, SEC) umgeht einiger dieser Nachteile durch eine innovative Prozessführung. Neben den enormen Vorteilen bringt dieser Prozess aber auch einige Herausforderungen mit sich, die mit traditionellen Bauteilen nicht realisierbar sind. Fluidische Bauteile bieten hierfür enormes Potential, da sie robust sind, ohne bewegliche Teile auskommen und somit eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer aufweisen. Außerdem sind diese Bauteile in der Lage, Strömungen mit sehr hohen Temperaturen und Frequenzen zu steuern und zu kontrollieren. In der vorliegenden Arbeit wird der neue Verbrennungsprozess der Stoßfreien Explosionsverbrennung im Detail vorgestellt. Außerdem werden die Vorteile und die Herausforderungen dieses innovativen Verbrennungskonzepts dargelegt und mit den bereits bekannten Konzepten verglichen. Der Kern dieser Arbeit ist die Entwicklung von drei fluidischen Bauteilen, die den Prozess der Stoßfreien Explosionsverbrennung ermöglichen. Getrieben von den größten Herausforderungen des neuen Verbrennungskonzepts, nämlich: Sehr gute Mischung von Luft und Brennstoff, Strömungsgleichrichtung am Einlass des Verbrennungsrohres sowie die Reflektion der für den Prozess benötigten Druck- und Saugwellen werden fluidische Bauteile experimentell und numerisch untersucht. Für die Verbesserung der Luft-Brennstoff- Vermischung werden fluidische Oszillatoren eingesetzt. Die in dieser Arbeit vorgestellte detaillierte experimentelle und numerische Untersuchung des eingesetzten Oszillators erklärt den zu Grunde liegenden Oszillationsmechanismus und liefert die Sensitivität der Oszillation auf Veränderungen der Geometrie. Eine Untersuchung der Mischungsqualität zeigt die Überlegenheit dieses Eindüsungskonzepts für die SEC. Für die Strömungsgleichrichtung am Einlass der Brennkammer wird im Rahmen dieser Arbeit eine fluidische Diode entwickelt und untersucht. Die spezielle Geometrie dieses Bauteils sorgt nicht nur für die Strömungsgleichrichtung, sondern auch für die nötige Reflektion der Saug- und Druckwellen innerhalb der Brennkammer. Außerdem wird im Rahmen dieser Arbeit ein atmosphärischer Prüfstand für die Untersuchung der dem Prozess zu Grunde liegenden Selbstzündung entwickelt. Aufgrund der langen Zündverzugszeiten bei atmosphärischem Druck, muss für diesen Prüfstand ein heißer Luftstrom in sehr kurzer Zeit zum Stillstand gebracht werden, während der elektrische Lufterhitzer weiter durchströmt werden muss. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit ein fluidischer Schalter entwickelt und untersucht. Der Aufbau und die Inbetriebnahme des Prüfstandes zur Untersuchung von Selbstzündungsprozessen mit ersten Zündversuchen bilden den Abschluß dieser Arbeit. Basierend auf den entwickelten Bauteilen und mit Hilfe des neuen Prüfstandes ist es möglich Selbstzündungsprozesse mit Hinblick auf die Stoßfreie Explosionsverbrennung schnell und effizient zu untersuchen. Das erarbeitete Verständnis der fluidischen Bauteile trägt außerdem zu einer schnelleren und effizienteren Auslegung dieser Bauteile bei und ermöglicht somit nicht nur den Prozess der Stoßfreien Explosionsverbrennung, sondern auch die Anpassung dieser Bauteile an andere Prozesse.


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    Title :

    Fluidic devices for realizing the shockless explosion combustion process


    Additional title:

    Fluidische Bauteile zur Realisierung der stoßfreien Explosionsverbrennung


    Contributors:

    Publication date :

    2015



    Type of media :

    Miscellaneous


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    Unknown



    Classification :

    DDC:    629



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