Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Die Düsentriebwerke der heutigen Flugzeuge wurden bei ihrer Entwicklung auf die Verbrennung von Kerosin ausgelegt. Da diese Triebwerke in Zukunft auch mit anderen Kraftstoffen, z. B. mit Wasserstoff, angetrieben werden sollen, muss die Konstruktion daran angepasst werden. Ein zentrales Problem sind Schallwellen und Vibrationen, die bei der Verbrennung entstehen und im schlimmsten Fall Risse und Schäden verursachen. Eine neue Versuchsanlage an der ETH Zürich soll diesen Prozess der Anpassung vereinfachen und beschleunigen.
Eine Versuchs- und Messanlage an der ETH Zürich ermöglicht es, die Akustik von Wasserstoff-Flammen zu messen und diese Schwingungen vorherzusagen. «Mit unserer Anlage können wir die Temperatur und den Druck in einem Triebwerk auf Reiseflughöhe nachbilden», erklärt Nicolas Noiray, Professor am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich. Zudem können die ETH-Forschenden um Noiray die Akustik von verschiedenen Brennkammern simulieren und so eine Vielzahl von Messungen durchführen.
In ihren Experimenten verwendeten die Forschenden eine einzige Einspritzdüse. Anschliessend nutzten sie ihre Daten, um das akustische Verhalten zahlreicher Düsen, wie sie in einem Triebwerk vorkommen, zu modellieren. In der Brennkammer eines Düsentriebwerks sind die Treibstoff-Einspritzdüsen ringförmig angeordnet. Dort wird der Treibstoff verbrannt, was Schallwellen erzeugt. Diese Schallwellen werden von den Wänden der Brennkammer zurückgeworfen und wirken sich auf die Flammen aus.
«Wasserstoff verbrennt schneller als Kerosin. Aus diesem Grund erzeugt es kleinere und kompaktere Flammen», so Nicolas Noiray. Als Ingenieurinnen und Ingenieure die heutigen Kerosin-Triebwerke entwickelten, mussten sie diese Schwingungen in den Griff bekommen. Das gelang ihnen, indem sie die Form der Flammen und die Geometrie und Akustik der Brennkammer optimierten. Die Experimente von Noirays Teams liefern Grundlagen für die nötigen Anpassungen an die neuen Treibstoffe.
Literaturhinweis: Faure Beaulieu A, Dharmaputra B, Schuermans B, Wang G, Caruso S, Zahn M, Noiray N: Measuring acoustic transfer matrices of high-pressure hydrogen/air flames for aircraft propulsion. Combustion and Flame, 22. Oktober 2024, doi:
«AQUA & GAS» gibt es auch als E-Paper. Abonnenten, SVGW- und/oder VSA-Mitglieder haben Zugang zu allen Ausgaben von A&G.
Den «Wasserspiegel» gibt es auch als E-Paper. Im SVGW-Shop sind sämtliche bisher erschienenen Ausgaben frei zugänglich.
Kommentare (0)