DLR-Forscher entschlüsseln Rußbildung in Triebwerken
Schwerpunkte: Luftfahrt, Klimawandel
Bei Flugreisen spielen neben CO2 auch andere Emissionen eine Rolle für die Klimawirkung, insbesondere Rußpartikel. Diese treten nicht nur in Bodennähe auf, sondern können auf Reiseflughöhe als Kondensationskeime für Eiskristalle und daraus resultierender Kondensstreifenbildung zur Erderwärmung beitragen, wenn Kondensstreifen länger als Kondensstreifenzirren-Bewölkung am Himmel verweilen. Die Rußreduktion mittels möglichst sauberer Triebwerke erfordert ein genaues Verständnis, wie Ruß in Triebwerksbrennkammern entsteht, und wie er dort teilweise auch gleich wieder abgebaut wird. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind nun für ihre Arbeiten zur Rußbildung in Triebwerks-Brennkammern mit einem Distinguished Paper Award des International Symposiums on Combustion ausgezeichnet worden.
"Zusammenarbeit zwischen Experimenten und Simulationen sind der Schlüssel zur nächsten Generation noch schadstoffärmerer Triebwerke", sagt Dr. Klaus-Peter Geigle vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik in Stuttgart. "Durch das Zusammenspiel von Lasermesstechnik und Simulation wurde erstmals detailliert gezeigt, wie Ruß in einer Triebwerksbrennkammer gebildet und wieder verbrannt wird und welche Strömungsstrukturen hierfür verantwortlich sind." Die Arbeiten fanden im Rahmen des von der EU geförderten Projekts SOPRANO (Soot Processes and Radiation in Aeronautical Innovative Combustors) statt.
In heutigen Triebwerks-Brennkammern wird, um möglichst wenige Stickoxide zu formen, zuerst mit Brennstoffüberschuss verbrannt. Anschließend wird schnell Mischluft eingebracht, und in einer weiteren Zone wird mit Luftüberschuss verbrannt. Dieses Prinzip wird als RQL (Rich burn, Quick quench, Lean burn) bezeichnet. Um nun die Rußemissionen möglichst gering zu halten, muss sichergestellt werden, dass Ruß, der sich in der ersten Zone bildet, möglichst vollständig oxidiert wird - und somit keine Schadstoffe die Brennkammer verlassen. Mit modernster Hochgeschwindigkeits-Lasermesstechnik und innovativen Computersimulationen haben die DLR-Forscher in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Algerien und den USA diesen Prozess nun genauer beleuchtet.
Die nun ausgezeichneten Arbeiten wurden durch die einzigartige interdisziplinäre Kompetenz der DLR-Verbrennungsforscher sowohl im Bereich der optischen Messtechnik als auch im Bereich der Rußsimulation möglich. Künftig werden weitere Arbeiten zum Thema durchgeführt. Der einzigartige Datensatz, der erstellt wurde, wird von Forschern weltweit eingesetzt um ihre Rechenmodelle zu überprüfen. Zusätzlich zur Optimierung der Brennkammer können auch alternative Treibstoffe die Rußemissionen von Flugzeugtriebwerken mindern.