Prüfungsprotokoll 31.07.17

    • Hi,

      wie kann man die Frage 2: "Was heißt Machsche Ähnlichkeit? Wo finde ich sie im Kennfeld?" beantworten?

      Machsche Ähnlichkeit heißt einfach dass die Machzahlen zweier Strömungen gleich sein müssen. Vor allem die Frage "Wo finde ich sie im Kennfeld?" verwirrt mich ein bisschen.

      Herr Schiffer hat auch in der Vorlesung gesagt, dass man die Machzahl "dazu nehmen muss" damit man "die Kompressibilität berücksichtigt". Ich war mir da auch nicht sicher was genau dahintersteckt. Den Zusammenhang zwischen Machzahl und Kompressibilität kenne ich durch die Grenze Ma=0.3 - Kompressibilitätseffekte spielen bis Ma = 0,3 keine Rolle, ab 0,3 geht man von einer kompressiblen Strömung aus.

      Würde mich freuen wenn jemand hierzu etwas Klarheit schaffen könnte und zeigen könnte wo man die Machsche Ähnlichkeit "im Kennfeld findet".
    • Hallo,

      ich hätte noch zwei Fragen zu dem Protokoll.

      Frage 10: Was sind thermoakustische Schwingungen? -> Beim Thema Brennkammer wurden sie in Zusammenhang mit der SIlobrennkammer erwähnt, allerdings habe ich keine Erklärung gefunden. Wie würdet ihr die Frage beantworten?

      Frage 13: Was passiert wenn der Querschnitt nicht geöffnet wird? Man sollte diesen Effekt auch im Verdichterkennfeld zeigen. Die Annahme bei der Erklärung ist dass die Düse schon gechoket ist (also m_red = const bzw. Schluckgrenze erreicht) und mit dem Nachbrenner würde der Massenstrom sinken wenn man A nicht vergrößert weil die Temperatur erhöht wird durch den Nachbrenner. Wie spiegelt sich das im Kennfeld wieder?
    • Hi,

      Thermoakustische Schwingungen: Bei thermoakustischen Schwingungen handelt es sich um Druckschwankungen innerhalb der Brennkammer. Hervorgerufen werden diese dadurch, dass beispielsweise Gas im Gegensatz zum Luftmassenstrom sehr drucksteif ist. Der Luftmassenstrom ist nicht sonderlich drucksteif, was bedeutet, dass das Gas weniger empfindlich gegenüber Druckschwankungen ist, aber der Luftmassenstrom eben schon. Kleine Druckschwankungen innerhalb BK beaufschlagen sowohl die Brennerdüsen, als auch den Luftmassenstrom. Der Luftmassenstrom reagiert jedoch wie erwähnt stärker auf diese Schwankungen und dadurch wird eben je nach Höhe der Druckschwankung das Gemischverhältnis zwischen Brennstoff und Luft innerhalb der Brennkammer verändert. Dadurch kommt es dann zu einer schwankenden Energiefreisetzung innerhalb der Brennkammer und das führt wiederum zu einem pulsierenden Temperaturverlauf über der Zeit, was dann wieder zu Druckschwankungen führt. Eine erneute Rückkopplung zu den Brennerdüsen führt dann zu einem Aufschaukeln des Ganzen und unbeachtet werden dadurch die Brennerdüsen zerstört. Abhilfe schaffen sogenannte Helmholtz-Resonatoren, die dafür sorgen, dass bei entstehenden Druckschwankungen die Luft durch kleine Öffnungen in kleine "Kessel" gedrückt wird. Dadurch geht der dynamische Anteil des Drucks verloren, da dort die Strömung auf null abgebremst wird (Energiedissipation). Das Problem in einer Ringbrennkammer ist die sehr kleine Struktur, was dadurch eben sehr steif und nicht elastisch ist. Das ganze reagiert dementsprechend stark auf Druckschwankungen, bzw. kann durch die steife Struktur keine Dämpfung hervorrufen. Eine Silobrennkammer dagegen ist sehr groß und kann thermoakustische Schwingungen durch die große Struktur etwas dämpfen. Bei der Ringbrennkammer ist ein weiteres Problem, dass nach der BK direkt die Statorbeschaufelung der Turbine kommt, die in der Regel gechoked ist, sprich die Druckschwankungen werden dort noch einmal reflektiert. Deswegen ist eine Magerverbrennung in einer Ringbrennkammer schwer umzusetzen, da 80 Prozent des Luftmassenstroms über die Brennerdüsen gestellt wird und nicht über die Filmkühlbohrungen um die Ringbrennkammer herum.

      Querschnitt öffnen: Wie du es bereits sagst, wird die Temperatur in der Nachbrennkammer ordentlich erhöht, dadurch nimmt die Dichte stark ab und der Strahl muss bei einem konstanten reduzierten Massenstrom also schneller werden. Das führt aber wenn du dir die Formel zum reduzierten Massenstrom anschaust dazu, dass bei gleichbleibendem Querschnitt A der Massenstrom sinken muss. Wenn du den Querschnitt der Düse nicht öffnest, hast du also nichts gewonnen, außer, dass du mehr Energie in den Strahl reingibst und diese dann an die Umwelt dissipiert wird.
      Im Verdichterkennfeld findest du ja auch die Schlucklinien, deren Steigung ein Temperaturverhältnis ist (Wurzel(T_t4/T_t1)). Schaltest du die Nachbrennkammer ein, kannst du das T_t4 gedanklich durch T_t7* ersetzen, sprich die Steigung der Schucklinie wird durch die höhere Temperatur im Zähler größer und die Schlucklinie wird angehoben, der Verdichter wandert somit näher an die Pumpgrenze. Beim Abschalten der NBK muss der Düsenquerschnitt auch entsprechend sofort geschlossen werden, da durch das Abschalten der Gegendruck sofort sinkt und die Drehzahl nach oben schnellt, das würde bei einem Nicht-Schließen des Düsenquerschnitts im schlimmsten Fall zu einem Torsionsbruch der Welle führen.

      Ich hoffe das hilft dir so weiter :)

      Viele Grüße
    • berkay schrieb:

      Schaltest du die Nachbrennkammer ein, kannst du das T_t4 gedanklich durch T_t7* ersetzen, sprich die Steigung der Schucklinie wird durch die höhere Temperatur im Zähler größer und die Schlucklinie wird angehoben, der Verdichter wandert somit näher an die Pumpgrenze.
      Hi,

      eine Frage hierzu noch: warum darf man T_t4 hier mit T_t7* ersetzen? Ist es weil T_t7* nun die höchste Temperatur ist? Wird hier die Kontinuität zwischen Düse und Verdichter hergestellt statt zwischen Verdichter und Turbine?
    • Hi,

      im Prinzip liefert deine Düse ja den Gegendruck zum Verdichter und hält das Druckniveau innerhalb des Triebwerks aufrecht. T_t7* ist sozusagen deine neue "Turbineneintrittstemperatur" was sie ja natürlich nicht ist, da danach keine Turbine mehr kommt. Aber durch den Nachbrenner erhöhst du ja lediglich die Austrittsenergie des Strahls, also ist es hier die ausschlaggebende Temperatur.
    • berkay schrieb:

      Hi,

      im Prinzip liefert deine Düse ja den Gegendruck zum Verdichter und hält das Druckniveau innerhalb des Triebwerks aufrecht. T_t7* ist sozusagen deine neue "Turbineneintrittstemperatur" was sie ja natürlich nicht ist, da danach keine Turbine mehr kommt. Aber durch den Nachbrenner erhöhst du ja lediglich die Austrittsenergie des Strahls, also ist es hier die ausschlaggebende Temperatur.
      Ok also du siehst T_t4 quasi als eine "Hauptdrosselungstemperatur" - ohne Nachverbrennung ist T_t4 die ausschlaggebende Temperatur für die Drosselung bzw. Einstellung des Gegendrucks für den Verdichter.

      Im Nachbrennerfall ist das jetzt T_t7*: hier erhöhe ich jetzt den Gegendruck hauptsächlich über die Nachverbrennung. Aus diesem Grund ist die Temperatur jetzt ausschlaggebend für die thermische Drosselung.

      Ich hoffe ich hab deine Aussage richtig verstanden?

      Und im Nachbrennerfall setzt man dann mit den Schlucklinien mit der "neuen" Steigung \(\sqrt{\frac{T_{t7}}{T_{t1}}}\) die Kontinuität zwischen Verdichter und Düse voraus? Man würde denk ich auf die Steigung mit T_t7 kommen wenn man \( \dot m_{red,1} = \dot m_{red,7} \) setzt, genauso wie man \(\dot m_{red,1} = \dot m_{red,4}\) zwischen Verdichter und Turbine setzt.