Interferometrische Detektion thermoakustischer Oszillationen in Flammen

Um die strengen rechtlichen Auflagen zu erfüllen, wurden Konzepte mit niedriger Emission für die Verbrennung in Turbomaschinen entwickelt. Leider treten in Brennkammern die bei sehr magerem Treibstoff-Luftverhältnis betrieben werden, Verbrennungsinstabilitäten auf. Die ungleichmäßige Freisetzung von Wärme führt zur Schallabstrahlung und kann die Verbrennungsinstabilitäten weiter anfachen. Diese ungleichmäßige Freisetzung von Wärme kann mit den Dichteschwankungen in der Flamme in Verbindung gesetzt werde, oder genauer mit der zeitlichen Ableitung dieser Dichteschwankungen. In einem vorangegangenen Projekt, welches durch den FWF gefördert wurde, wurde nachgewiesen, dass sogenannte Laser-Vibrometer - Interferometer die in den Ingenieurswissenschaften zur Messung von Oberflächenschwingungen zum Einsatz kommen - diese zeitliche Ableitung der Dichteschwankungen in Flammen direkt messen können. Der gleichzeitige Einsatz von drei solcher Geräte erlaubt sowohl die quantitative und lokale Bestimmung dieser wichtigen Größe, als auch die Bestimmung gemittelter Geschwindigkeiten innerhalb des Strömungsfeldes. Die diesem Projekt zugrunde liegende Hypothese behauptet die Möglichkeit aus diesen innerhalb der Verbrennungszone durchgeführten Vibrometermessungen, das Schallfeld in Nah- und Fernbereich zur Flamme bestimmen zu können, da mit diesen Laser-Vibrometern eine quantitative Bestimmung der Zeitableitung dieser Dichteschwankungen möglich ist. Anhand der gleichzeitigen experimentellen Aufzeichnung der Schalldruckverteilung im Fernfeld der Flamme kann diese Annahme überprüft werden. Eine solche Bestimmung der akustischen Moden um die Flamme durch die interferometrische Detektion thermoakustischer Oszillationen in Flammen liefert einen innovativen Aspekt für thermoakustische Untersuchungen. Auf der einen Seite sind Laser-Vibrometer in den Ingenieurswissenschaften etabliert, mit guter Zugänglichkeit und Bedienbarkeit, daher ist deren Anwendung kosteneffizient. Auf der anderen Seite hängt die westliche Gesellschaft stark von schnellen Transportmöglichkeiten und permanenter Verfügbarkeit von Energie ab, daher ist Forschung im Bereich von Turbomaschinen immer Energie relevante Forschung mit einem starken Einfluss auf die Gesellschaft.

Um die strengen rechtlichen Auflagen zu erfüllen, werde sowohl für stationäre Kraftwerksturbinen als auch für Flugantriebe Konzepte mit niedriger Emission für die Verbrennung in Turbomaschinen entwickelt. Leider treten in Brennkammern mit magerer Verbrennung (wenig Treibstoff, viel Luft) Verbrennungsinstabilitäten auf. Die ungleichmäßige Freisetzung von Wärme führt zur Schallabstrahlung und kann die Verbrennungsinstabilitäten weiter anfachen. Diese ungleichmäßige Freisetzung von Wärme kann mit den Dichteschwankungen in der Flamme in Verbindung gesetzt werden.In diesem und einem vorangegangenen Projekt, welche beide durch den FWF gefördert wurden, wurde nachgewiesen, dass sogenannte Laser-Vibrometer Interferometer die in den Ingenieurswissenschaften zur Messung von Oberflächenschwingungen zum Einsatz kommen diese Dichteschwankungen in Flammen direkt messen können. Der gleichzeitige Einsatz mehrerer solcher Geräte erlaubt sowohl die quantitative und lokale Bestimmung dieser wichtigen Größe, als auch die Bestimmung gemittelter Geschwindigkeiten innerhalb des Strömungsfeldes. Weiters konnte gezeigt werden, dass durch innerhalb der Verbrennungszone durchgeführten Vibrometermessungen, das Schallfeld in Nah- und Fernbereich zur Flamme bestimmt werden kann. Zur Verifikation dieser Methode fanden Versuche nicht nur in den Labors der TU Graz statt, sondern auch an einem industrierelevanten Prüfstand der TU München. Ebenso begann eine Kooperation mit der TU Dresden in der dieses neuartige Verfahren mit anderen modernen laseroptischen Messmethoden kombiniert wurde.Auf der einen Seite sind Laser-Vibrometer in den Ingenieurswissenschaften etablierte Messgeräte - mit guter Verfügbarkeit und einfacher Bedienbarkeit. Ihre Anwendung ist daher kosteneffizient. Auf der anderen Seite hängt die westliche Gesellschaft von schnellen Transportmöglichkeiten und permanenter Verfügbarkeit von Energie ab. Turbomaschinen kommen in Flugzeugen und Kraftwerken zum Einsatz, daher ist Forschung im Bereich von Turbomaschinen immer Forschung mit einem starken Einfluss auf die Gesellschaft.