Modelle für effizientere und umweltfreundlichere Brennkammern
Magerverbrennungsanlagen zeichnen sich vor allem wegen ihres niedrigen Stickoxid-(NOx)-Ausstoßes aus. Emissionen von Kohlenmonoxid, unverbranntem Kohlenwasserstoff und Ruß sind jedoch Nachteile, die in verschiedensten Umgebungen auftreten. So lassen sich bislang Art und Menge der Emissionen von Brennkammern nicht zuverlässig berechnen, was umweltfreundlichen und kostengünstigeren Konzepten entgegensteht. Dieser Herausforderung widmete sich das EU-finanzierte Projekt DREAMCODE (Development of reliable emission and atomization models for combustor design), indem es Computermodelle für emissionsarme Brennkammern entwickelte. Die Projektpartner entwickelten und optimierten zunächst detaillierte Reaktionsmechanismen für Kerosinsurrogate und stellten die komplexen Prozesse der Brennstoffoxidation und Emissionsbildung dar. Dabei erwies sich der neue Mechanismus für eine breite Palette von Testfällen als geeignet, da die Berechnungen für NOx- und Rußvorläufer wesentlich genauer waren. Die Forscher erstellten auch multivariate Rußmodelle, um die komplexen physikalischen und chemischen Phänomene zu beschreiben, die die Rußbildung befördern, und erweiterten statistische Modelle. Zudem wurden reduzierte chemische Methoden entwickelt, die nun auch detaillierte Modelle der chemischen Prozesse für die Berechnung der numerischen Strömungsmechanik verwenden. Das Team erstellte Modelle der Sprühunterbrechung, mit denen sich die Verteilung des Treibstoffs in der Brennkammer ermitteln lässt, die wiederum den Emissionsausstoß entscheidend beeinflusst. Schließlich wurden detaillierte Hydrodynamiksimulationen für glatte Partikel durchgeführt, um den Treibstoffverbrauch genau zu berechnen. Mit den neuen Daten wurde ein Sprühmodell für die Verteilungsgröße der Tröpfchen entwickelt. Die Ergebnisse von DREAMCODE tragen dazu bei, einen Flugzeugmotor mit emissionsarmem Verbrennungssystem zu entwickeln und teure, zeitaufwändige Testversuche zu reduzieren. Der Wettbewerbsvorteil gegenüber globalen Konkurrenten gibt europäischen Herstellern von Flugzeugmotoren Möglichkeiten, Arbeitsplätze zu schaffen und die EU-Wirtschaft auf die schnellere Markteinführung neuer umweltfreundlicher Technologien vorzubereiten.
Schlüsselbegriffe
Konstruktion der Brennkammer, Emissionen, Magerverbrennung, Verbrennung, DREAMCODE, Flugzeugmotor
