Mathematische Modellierung der Wechselwirkung von Turbulenz und Reaktion unter den in Gasturbinenkammern vorliegenden Bedingungen Schlussbericht

Based upon the estimation of relevant turbulence parameter regions of gasturbine combustion, suitable turbulence (k- element of -Modell) and reaction-models (eddy break up, JPDF-model) were tested. The validation of those models was performed with experimental results from measurements with various model burners (swirl burner, bluff-body burner, flat flame front stabilized in a stagnation flow). A special model burner system developed in the TURBOFLAM project, was experimentally investigated and also used to validate the reaction model. To describe high turbulence combustion, the combined model (eddy break up model of Magnussen, and JPDF-method of Philipp) is being recommended. The superposition of both models, and hence the prediction of temperature and species concentration fields were improved by a better implicite description of the local turbulent Damkoehler-number. With an experimental set up, designed for experiments at higher pressures, laminar burning velocities of cone-shaped premixed flames have been measured. Stoichiometry, pressure and temperature in the air/fuelgas mixture were varied over a wide range. Fuels investigated were liquid prevaporized hydrocarbons (cerosene, light fuel oil, n-alcanes), methane and coal gas. The maximum pressure achieved with those combustion experiments was 8 bar. (orig.)Nach einer Abschaetzung der fuer Gasturbinen relevanten Turbulenzparameterbereiche erfolgte die Erprobung geeigneter Turbulenzmodelle (k- element of -Modell) und Reaktionsmodelle (Wirbelzerfallsmodell, JPDF-Modell). Die Validierung der Modelle erfolgte mit experimentellen Ergebnissen, die aus Messungen an unterschiedlichen Modellbrennern (Drallbrenner, Stauscheibenbrenner, Stauflamme) stammen. Der in TURBOFLAM konzipierte geometrisch aehnliche Modellbrenner wurde experimentell untersucht und zur Bewertung des Reaktionsmodelles herangezogen. Zur Beschreibung hochturbulenter Verbrennungsvorgaenge wurde das Ueberlagerungsmodell (Wirbelzerfallsmodell nach Magnussen und JPCF-Methode) von Philipp angewendet und als geeignet erkannt. Durch eine implizite Damkoehler-Zahl-Beschreibung konnte eine weitere Verbesserung in der Ueberlagerung der beiden Teilmodelle und dadurch der Vorhersage des Temperaturfeldes und Spezieskonzentrationsfeldes erzielt werden. An einer in diesem Projekt aufgebauten Druckversuchsanlage sind experimentelle Bestimmungen der laminaren Brenngeschwindigkeit durchgefuehrt worden. In einem breiten Bereich werden Stoechiometrie, Druck und Vorheiztemperatur des Brennstoffes variiert. Brennstoffe waren fluessige vorverdampfte Brennstoffe (Kerosin, Heizoel EL, n-Alkane) sowie Methan und Kohlegas. Der bei diesem Experiment von der Flammenstabilitaet her maximal erreichte Druck betrug 8 bar. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F95B64+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman