Laseroptische Untersuchung der Flamme-Kühlluft-Interaktion in einer effusionsgekühlten Brennkammer

Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die experimentelle Untersuchung der Flamme-Kühlluft-Interaktion in einem effusionsgekühlten Eindüsensektor mithilfe von laseroptischen Messmethoden. Ziel ist es, den Einfluss von unterschiedlichen Flammenkonfigurationen auf das Strömungsfeld sowie die Oberflächen- und Kühllufttemperatur unter gasturbinentypischen Randbedingungen zu quantifizieren. Die Grundlage für diese Untersuchungen wird durch den Aufbau einer Versuchsanlage zur möglichst realistischen Nachahmung der thermodynamischen und strömungsmechanischen Randbedingungen einer Fluggasturbinenbrennkammer mit effusionsgekühlter Brennraumwand gelegt. Charakteristische Merkmale, wie die Flammenstabilisierung durch eine drall induzierte Rezirkulationszone, eine Vorwärmung der Verbrennungs- und Kühlluft sowie ein erhöhte Analgeninnendruck werden dabei abgebildet. Der optische Zugang des gesamten Brennraums ermöglicht die Verwendung laseroptischen Messmethoden zur Beantwortung der Fragestellung. Zur Bestimmung des Strömungsfelds kommt die stereoskopische Particle Image Velocimetry zum Einsatz. Mithilfe laserinduzierter Fluoreszenz am Hydroxil Radikal wird ein qualitativer Vergleich der mager vorgemischten und der pilotiert vorgemischten Flammenkonfiguration vorgenommen. Die Messungen der Gasphasentemperatur erfolgt mithilfe der kohärenten anti-Stokes Raman Spektroskopie. Wandtemperaturen im Bereich der Flamme-Kühlluft-Interaktion werden über das Abklingverhalten thermographischer Phosphore bestimmt. In Parameterstudien werden sowohl unterschiedliche Wandgeometrien als auch unterschiedliche Kühlluftmassenströme untersucht. Zudem wird eine Datenbasis zur Validierung numerischer Simulationen von Wandkühlung unter realitätsnahen Betriebsbedingungen vorgestellt