Stabilisierung vorgemischter Flammen mittels elektrischer Felder sowie deren technische Applikation für Gasturbinenverbrennung

Der Einfluss elektrischer Felder auf Flammen ist grundlegend seit längerem bekannt. Es bestehen aber nach wie vor Unklarheiten hinsichtlich der zugrunde liegenden Mechanismen. Bekannt ist die Produktion von positiven und negativen Ladungsträgern durch Chemiionisation, die durch angelegte elektrische Felder beeinflusst werden und so die Flammeneigenschaften grundlegend verändern können.

In der vorliegenden Arbeit wurden detaillierte Grundlagenexperimente durchgeführt zur Frage, ob der „ionische Wind“ oder eine Veränderung der Flammenchemie ursächlich sind für die gefundene Veränderung der Flammengeometrie, der Flammenstabilisierung und der Schadstoffproduktion. Mit vertieften Kenntnissen der ablaufenden Prozesse wurde die Steuerung von technischen Verbrennungsprozessen mittels elektrischer Felder am Beispiel der Gasturbinenverbrennung für den Kraftwerksbereich umgesetzt. Dazu kommen neben Untersuchungen zum Eigenleuchten Lasermessmethoden, wie z.B. die laser-induzierte Fluoreszenz (LIF), die Particle Image Velocimetry (PIV) und teilweise auch die Laser-Rayleigh-Streuung (LRS) simultan zur Anwendung, um hochauflösend und nicht-invasiv Momentaufnahmen der instationären Prozesse und Wechselwirkungen zu erhalten. Dazu wurde ein am LTT vorhandener Hochdruckbrenner-Prüfstand verwendet und für die Applikation elektrischer Felder modifiziert. Zur Überprüfung der technischen Realisierbarkeit wurden diverse, für den Gasturbinen-Betrieb relevante Parameter, wie z.B. hohe Drücke, Luftvorwärmung, drallstabilisierte Flammen sowie kapazitive Einkopplung hinsichtlich der Effektivität der elektrischen Feldsteuerung untersucht, wobei hier die konventionelle Abgasanalysetechnik zum Einsatz kam.