DE10250101A1

DE10250101A1 - Verbesserter Brenner für einen Wärmeerzeuger

Info

Publication number: DE10250101A1
Application number: DE10250101A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Flohr; Mauricio Garay; Christian Oliver Dr. Paschereit; Martin Zajadatz
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-06

Abstract

Ein verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger, insbesondere ein Vormischbrenner für eine stationäre Gasturbine, wobei der Brenner (1) einen Drallerzeuger (2), eine Mischstrecke (3) und eine Brennkammer (4) aufweist, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und wobei die Brennkammer (4) einen größeren Strömungsquerschnitt (A¶2¶) aufweist als die Mischstrecke (A¶1¶), ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (15) zwischen Mischstrecke (3) und Brennkammer (4) als ein sich stetig erweiternder Querschnitt ausgebildet ist, um einen ablösungsfreien Strömungsverlauf im Randbereich zu ermöglichen. Ferner ist ein Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckwirbeln bei einem Brenner mit einem Drallerzeuger, einer Mischstrecke und einer Brennkammer vorgesehen, wobei die Brennkammer einen größeren Strömungsquerschnitt als die Mischstrecke aufweist, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen des Strömungsfelds bei einem sprungartigen Übergang von der Mischstrecke zur Brennkammer; Bestimmen der Rezirkulationszonen in der Brennkammer; Festlegen der Kontur des Übergangs Mischstrecke/Brennkammer in erster Näherung als Stromlinie, die ihren Ursprung an der Ablösungskante der äußeren Rezirkulationszonen haben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen verbesserten Brenner für einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Vormischbrenner für eine stationäre Gasturbine, wobei der Brenner einen Drallerzeuger, eine Mischstrecke und eine Brennkammer aufweist, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordent sind, und wobei die Brennkammer einen grösseren Strömungsquerschnitt aufweist als die Mischstrecke. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckenwirbeln.
Stand der Technik
Um hohe Wirkungsgrade und geringe Emissionen zu erreichen, wird für moderene Gasturbinen häufig das Prinzip der gestuften Verbrennung eingesetzt. Dabei wird in einer ersten mit einem Vormischbrenner ausgestatteten Hochdruck-Brennkammer ein Heissgas erzeugt, welches nach einer Teilentspannung in einer ersten Hochdruckturbine in eine zweite Brennkammer strömt, in welcher das teilentspannte Heissgas wieder auf maximale Turbinen-Eintrittstemperatur erhitzt wird.
Drallbrenner, wie beispielsweise Doppelkegelbrenner, werden häufig als derartige Vormischbrenner eingesetzt. Dabei basiert deren Funktionsprinzip auf der Erzeugung einer geschlossenen Drallströmung, die eine gute Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemischs vor der Flammenfront gewährleistet. Die Drallstärke ist im allgemeinen so ausgelegt, dass sich am Flächensprung zwischen Ende der Brennermischstrecke und der Brennkammer eine annulare Drallströmung mit Rückströmung im Kern ausbildet. Zusätzlich bilden sich am Flächensprung Ablösungsgebiete bzw. Eckwirbel. Die Grösse der inneren und äusseren Wirbelzone hängt im wesentlichen von der Drallzahl und von der Grösse des Sprungs, d.h. vom Durchmesserverhältnis Mischstrecke/Brennkammer ab. Die theoretische Drallzahl δ_0th setzt dabei den theoretischen Drehimpulsstrom Ď₀ in ein Verhältnis zum mittleren Axialimpulsstrom İ₀ und einer charakteristischen Länge R und kann formelmässig als δ0th = Ď0/(R·İ0) beschrieben werden.
Die Vormischflamme in einem solchen Brenner stabilisiert sich am vorderen Bereich der inneren Rückströmzone, und darüber hinaus kann sich die Flamme an der Scherschicht der äusseren Eckwirbel stabilisieren.
In der DE 196 10 930 A1 ist ein derartiger Brenner für eine Gasturbine beschrieben, der schematisch in 7 dargestellt ist. Bei diesem Brenner 1, der im wesentlichen aus einem Drallerzeuger 2 für einen Verbrennungsluftstrom und aus Mitteln zur Eindüsung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom besteht, ist stromab des Drallerzeugers eine Mischstrecke 3 angeordnet. Diese Mischstrecke 3 weist innerhalb einer ersten Teilstrecke eine Anzahl von in Strömungsrichtung verlaufenden Übergangskanälen auf, welche die nahtlose Überführung der im Drallerzeuger 2 gebildeten Strömung in ein nachgeschaltetes Mischrohr 3 sicherstellen. Am Ende des Mischrohrs 3 schliesst sich die Brennkammer 4 an, wobei zwischen den beiden Durchflussquerschnitten A₁, A₂ ein Querschnittssprung vorhanden ist. Hier bildet sich eine zentrale Rückströmzone 6, welche die Eigenschaften eines körperlosen Flammhalters für die Flamme 8 aufweist. Im Betrieb bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprungs eine strömungsmässige Randzone, in welcher Wirbelablösungen 7 entstehen, die zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone führt.
In Experimenten hat sich herausgestellt, dass dieses Wirkprinzip der aerodynamischen Flammenstabilisierung einen stabilen Betrieb des Brenners über einen weiten Bereich hin erlaubt. Es hat sich aber auch gezeigt, dass ein Bereich von Flammentemperaturen existiert, in dem solche Brenner zu Pulsationen neigen. Dies ist insbesondere der Bereich tieferer Flammentemperaturen, typischerweise bei 1700 K und darunter, in dem sich die Flamme nur teilweise an der äusseren Rückströmzone stabilisieren kann. Aufgrund der Temperaturabsenkung können Teilverlöschungen im Bereich der Flammenfront auftreten, die zum Auftreten thermoakustischer Druckschwingungen und/oder zum Verlöschen der Flamme führen können. Insbesondere in der Startphase des Brenners kann dies zu Problemen führen, da die rezirkulierten Verbrennungsgase wesentlich kälter sind als im Dauerbetrieb.
Es gibt verschiedene Ansätze, die das instabile Flammenverhalten in diesem Bereich zu erklären versuchen. Erstens kann der, zumindest teilweise Verlust der Flammenstabilisierung an der äusseren Rezirkulation zu starken Schwankungen in der Flammenlage führen, die ihrerseits zu Fluktuationen in der Wärmefreisetzung führen. Zweitens können kohärente Strukturen, die sich an der Scherschicht am Brenneraustritt bilden, zu Fluktuationen im Brennstoff-Luft-Abgas-Gemisch führen, was zu Druckpulsationen führt. Schliesslich können Fluktuationen im Brennstoff-Luft-Gemisch bei entsprechender Phasenlage (Rayleigh-Kriterium) die Anregung thermoakustischer Schwingungen fördern. Darüber hinaus ist denkbar, dass eine Kombination dieser Wirkmechanismen in einer bestimmten Bauform für das Auftreten von Instabilität verantwortlich ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Brenner für einen Wärmeerzeuger zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Es soll ferner ein Brenner geschaffen werden, der ein Strömungsfeld aufweist, das eine über weite Bereiche stabile Flammenanlage erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch einen verbesserten Brenner für einen Wärmeerzeuger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemässen Brenner wird einer der möglichen Flammstabilisierungspunkte, insbesondere die Stabilisierung an der äusseren Rückströmung, vollständig eliminiert, damit sich die Flamme ausschliesslich an der inneren Rückströmzone stabilisiert. Dadurch werden Verluste bei der Flammstabilisierung an der äusseren Rezirkulation und somit starke Schwankungen in der Flammenlage vermieden. Ausserdem wird hierdurch Fluktuation bei der Wärmefreisetzung verhindert. Ferner werden hierdurch Fluktuationen im Brennstoff-Luft-Abgas-Gemisch vermieden, die aufgrund kohärenter Strukturen entstehen, die sich an der Scherschicht am Brenneraustritt bilden. Dies führt zur gewünschten Vermeidung von Druckpulsationen. Schliesslich führt die erfindungsgemässe Lösung bei entsprechender Auslegung der stromauf gelegenen Brennermischstrecke zur Vermeidung thermoakustischer Schwingungen, die aufgrund von Fluktuation im Brennstoff-Luft-Gemisch bei entsprechender Phasenlage angeregt werden. Zudem werden Instabilitäten, die durch eine Kombination der o.g. Effekte auftreten, vermieden.
Der erfindungsgemässe Brenner weist einen Drallerzeuger, eine Mischstrecke und eine Brennerkammer auf, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordent sind. Die Brennkammer weist dabei einen grösseren Strömungsquerschnitt als die Mischstrecke auf. Der verbesserte Brenner zeichnet sich dadurch aus, dass der Übergang zwischen Mischstrecke und Brennkammer als ein sich stetig erweiternder Querschnitt ausgebildet ist, um einen ablösungsfreien Strömungsverlauf im Randbereich zu ermöglichen. Die Übergangskontur kann dabei durch feste oder variable Leitbleche mit und ohne Luftfilm oder durch sonstige Wandgestaltungen erfolgen, die eine Wandströmung ohne Ablösung ermöglichen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Vormischbrenners zeichnet sich dadurch aus, dass der Erweiterungswinkel des Übergangs von Mischstrecke zu Brennkammer einen Wert zwischen 35° und 65°, vorzugsweise 50° aufweist. Dabei wird der Erweiterungswinkel zwischen der Verlängerung der Mischstreckenwand und der Übergangskontur gemessen. Gegebenenfalls wird hier die Tangente herangezogen, falls die Übergangskontur kurvenförmig ausgebildet ist. Die Übergangskontur beginnt und endet dabei vorteilhafterweise in Endradien R₁ und R₂, die zum einen in die Mischstreckenwand (R₁) und zum anderen in die Brennkammerwand (R₂) übergehen. Die Drallströmung erlaubt im Überangsbereich eine starke Umlenkung, ohne dass eine Ablösung der Strömung im Randbereich stattfindet. Dabei ist die starke Krümmung erwünscht, da sie die Grösse der inneren Rezirkulationszone und damit die Flammenstabilität positiv beeinflusst.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Übergangs zwischen Mischstrecke und Brennkammer in erster Näherung Stromlinien entspricht, die bei einer angenommenen sprungartigen Querschnittserweiterung von der Mischstrecke zur Brennkammer ihren Ursprung an der Ablösekante der äusseren Rezirkulationszone haben. Das heisst, hier wird zunächst das Strömungsfeld bei sprungartiger Querschnittserweiterung ermittelt und die an der Ablösekante der äusseren Rezirkulationszone gebildete Strömungslinie abgebildet. Diese Abbildung wird dann als Übergang zwischen Mischstrecke und Brennkammer genutzt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsleitmittel im Übergangsbereich zwischen Mischstrecke und Brennkammer vorgesehen sind, die eine gestrakte Stromlinienkontur aufweisen. Hier wird das quasi durch die Stromlinien gebildete „Skelett" mit flächigen Strömungsleitmitteln ausgefüllt.
Noch eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners zeichnet sich dadurch aus, dass der Brenner als Einzelbrenneranordnung, das heisst als so genannter can-combustor oder can-annular-combustor vorgesehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist aber auch eine Mehrbrenneranordnung, das heisst eine Anordnung als so genannter annular-combustor.
Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Einzel- oder Mehrbrennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckwirbeln bei einem Brenner mit einem Drallerzeuger, einer Mischstrecke und einer Brennerkammer, wobei die Brennkammer einen grösseren Strömungsquerschnitt als die Mischstrecke aufweist, weist folgende Schritte auf: Bestimmen des Strömungsfelds bei einem sprungartigen Übergang von der Mischstrecke zur Brennkammer; Bestimmen der Rezirkulationszonen in der Brennkammer; und Festlegen der Kontur des Übergangs Mischstrecke/Brennkammer in erster Näherung als Stromlinien, die ihren Ursprung an der Ablösungskante der äusseren Rezirkulationszonen haben. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine Möglichkeit zur Auslegung einer angepassten Brennerkontur, d.h. des Diffusors, geschaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Dabei ist der Kern des Verfahrens die äussere Wandkontur im Übergangsbereich zwischen Brenner und Brennkammer derart zu verändern, dass zum einen die Brennergrundströmung, und hier insbesondere die Strömung mit innerer Rückströmung im Kernbereich, unverändert bleibt, und zum anderen die Rückströmung im Randbereich des Übergangs von Mischstrecke und Brennkammer vollständig vermieden wird. Hierdurch können sich keine kohärenten Strukturen an der Brenneröffnung ausbilden, da die Strömung im gesamten Übergangsbereich an der Wand anliegt. Ferner ist die Flamme ausschliesslich an der inneren Rücksrömzone stabilisiert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie sieht vor, dass die Kontur des Übergangs Mischstrecke/Brennkammer in weiteren Iterationsschritten optimiert wird. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Strömungsfeld mit der ersten Übergangskontur ermittelt wird und das Strömungsverhalten an mehreren Betriebspunkten analysiert wird.
Schliesslich sieht noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie vor, dass das Verfahren mittels numerischer Berechnungsverfahren, beispielsweise mittels CFD Analyse, durchgeführt wird. Dabei ist die Definition der teilweise empirisch ermittelten Randbedingungen von großer Bedeutung. Neben dem numerischen Berechnungsverfahren kann das Strömungsverhalten aber auch in entsprechenden Versuchen, beispielsweise im Wasserkanal, untersucht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. darin zeigen:
1 den Stromlinienverlauf bei einer ersten Ausführungsform eines Brenners gemäss der vorliegenden Erfindung (obere Zeichnungshälfte) und bei einem Brenner vom Stand der Technik (untere Zeichnungshälfte);
2 ein Diagram in dem qualitativ die Druckpulsation über der Flammentemperatur aufgetragen ist;
3 den Reaktionsfortschritt im Betriebspunkt 1 aus 2 in einem Brenner gemäss 1;
4 den Reaktionsfortschritt im Betriebspunkt 2 aus 2 in einem Brenner gemäss 1;
5 den Reaktionsfortschritt im Betriebspunkt 3 aus 2 in einem Brenner gemäss 1;
6 eine schematische vereinfachte Darstellung eines Brenners mit anschliessender Brennkammer vom Stand der Technik.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt in der oberen Zeichnungshälfte einen schematischen Längsschnitt durch eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brenners 1 mit entsprechendem Stromlinienverlauf 11. Der Übergang 15 von der Mischstrecke 3 zur Brennkammer 4 erfolgt dabei als sich stetig erweiternder Querschnitt. Der Erweiterungswinkel _ beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 50°. Ein Brennkammer-Eckwirbel tritt bei dieser Bauform nicht auf.
In der unteren Zeichnungshälfte von 1 ist ein Brenner 1 vom Stand der Technik mit dem entsprechenden Stromlienienverlauf 11 und dem markanten Eckenwirbel 7 dargestellt. Der Verlauf der Stromlinie 18, die ihren Ursprung an der Ablösekante 5 der äusseren Rezirkulationszone hat, entspricht dabei der in der oberen Zeichnungshälfte dargestellten Kontur des Übergangs 15 zwischen Mischstrecke 3 und Brennkammer 4.
Bei beiden Bauformen handelt es sich um beispielhafte Darstellungen von Brennern mit zylindrischem Mischrohr, das in eine zylindrische Brennkammer führt. Die Drallströmung erlaubt im Übergangsbereich bei ausreichend hoher Drallzahl eine relativ starke Krümmung der Wand, ohne dass eine Ablösung der Strömung stattfindet. Die starke Krümmung ist erwünscht, um die Grösse der inneren Rezirkulation vorteilhaft zu beeinflussen.
Die in 1 in der oberen Zeichnungshälfte dargestellte Ausführungsform ist aus einer Computersimulation abgeleitet und ist unmittelbar auf eine Einzelbrenneranordnung, wie can-combustor oder can-annular-combustor, anwendbar.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brenner 1 ist die Anwendung auf Ringbrennkammern. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Querströmung, die sich aus der Interaktion mehrerer Brenner ergibt, in die Auslegung der angepassten Brennerübergangskontur möglichst mit einzubeziehen. Die Analyse entsprechender Simulationen hat allerdings gezeigt, dass erstens die geometrische Abweichung vom runden Brenner in eine annulare Brennkammer vernachlässigbar ist, und zweitens, dass die Brennkammerquerströmung nicht auf die Flammenstabilisierung wirkt, da die erfindungsgemässe Ausführung die Flamme fest im Übergangsbereich zwischen Mischrohr 3 und Brennkammer 4 verankert.
2 zeigt ein Diagram, in dem qualitativ für einen Brenner vom Stand der Technik die Kurve 13 und für einen erfindungsgemäßen Brenner die Kurve 14 der Druckpulsation über der Flammentemperatur aufgetragen ist. Auf der Abszisse sind drei Betriebspunkte 1, 2 und 3 gekennzeichnet. Betriebspunkt 1 stellt dabei die Startphase des Brenners dar, in der die rezirkulierten Verbrennungsgase wesentlich kälter sind als im normalen Betriebsbereich. Betriebspunkt 2 zeigt den Bereich in dem bei der Brennerbauform gemäß dem Stand der Technik Druckpulsationen auftreten. Betriebspunkt 3 stellt den normalen Betriebsbereich des Brenners dar. Nachfolgend werden die drei Betriebspunkte anhand der 3 bis 6 näher erläutert.
In den 3 bis 5 ist dargestellt, wie sich die Flammenlage einer voll vorgemischten Flamme bei den beiden Bauformen über einen weiten Temperaturbereich hin ausbildet. Es ist bemerkenswert, dass bei Brennern vom Stand der Technik, d.h. bei Ausführungen mit Eckwirbel der Verlust der Flammenstabilisierung am Flächensprung in Übereinstimmung mit dem Anregungsmechanismus einer instabilen Flammenlage deutlich sichtbar ist. Dagegen erlaubt die erfindungsgemässe Ausführungsform ohne Eckenwirbel eine stabile Flammenlage im gleichen Temperaturbereich ohne Verlust der Stabilisierung im Kernbereich der Strömung.
In 3 ist der Betriebspunkt 1 aus 2 anhand einer Darstellung des Reaktionsfortschritts, das heisst anhand der Flammlage, verdeutlicht. Dabei ist in der oberen Zeichnungshälfte der Reaktionsfortschritt bei der Verbrennung in einem erfindungsgemässen Brenner 1 mit Drallerzeuger 2, Mischrohr 3 und Brennkammer 4 gemäss 1 dargestellt. Die wandnahen Isolinien 17 kennzeichnen dabei den unverbrannten Zustand, während die an die zentrale Rückströmzone 6 angrenzenden Isolinien 16 eine nahezu vollständige Verbrennung kennzeichnen.
In der unteren Zeichnungshälfte von 3 ist der Reaktionsverlauf in einem Brenner 1 vom Stand der Technik dargestellt. Deutlich ist in der unteren Zeichnungshälfte der Bereich der Rückströmzone am Brennkammerrand erkennbar, der dem Bereich der Eckenwirbel 7 entspricht.
In 4 ist der Betriebspunkt 2 aus 2 und in 5 der Betriebspunkt 3 aus 2 anhand einer Darstellung des Reaktionsfortschritts verdeutlicht. Dabei ist in der oberen Zeichnungshälfte der Reaktionsfortschritt bei der Verbrennung in einem erfindungsgemässen Brenner 1 gemäss 1 und in der unteren Zeichnungshälfte in einem Brenner 1 vom Stand der Technik dargestellt. Auch hier kennzeichnen die wandnahen Isolinien 17 den unverbrannten Zustand. Außerdem ist auch in 4 und 5 in der unteren Zeichnungshälfte die wandnahe Rückströmzone 7 deutlich erkennbar.

1: Brenner
2: Drallerzeuger
3: Mischrohr
4: Brennkammer
5: Ablösekante
6: zentrale Rezirkulationszone
7: Eckenwirbel
8: Flamme
9: Mischrohrwand
10: Brennkammerwand
11: Stromlinien
12: Tangente
13: Druckpulsationskurve bei Bauform mit Eckenwirbel
14: Druckpulsationskurve bei Bauform ohne Eckenwirbel
15: Übergang Mischrohr/Brennkammer
16: Isolinie vollständige Verbrennung
17: Isolinie unvollständige Verbrennung
18: Stromlinie mit Ablösekantenursprung
A₁: Durchflussquerschnitt Mischrohr
A₂: Durchflussquerschnitt Brennkammer
–: Erweiterungswinkel

Claims

Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger, insbesondere ein Vormischbrenner für eine stationäre Gasturbine, wobei der Brenner (1) einen Drallerzeuger (2) , eine Mischstrecke (3) und eine Brennkammer (4) aufweist, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordent sind, und wobei die Brennkammer (4) einen grösseren Strömungsquerschnitt (A₂) aufweist als die Mischstrecke (A₁), dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (15) zwischen Mischstrecke (3) und Brennkammer (4) als ein sich stetig erweiternder Querschnitt ausgebildet ist, um einen ablösungsfreien Strömungsverlauf im Randbereich zu ermöglichen.
Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungswinkel _ des Übergangs (15) zwischen Mischstrecke (3) und Brennkammer (4) einen Wert zwischen 35° und 65°, vorzugsweise 50°, aufweist.
Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Übergangs (15) zwischen Mischstrecke (3) und Brennkammer (4) in erster Näherung einer Stromlinie (18) entspricht, die bei einer angenommenen sprungartigen Querschnittserweiterung von der Mischstrecke (3) zur Brennkammer (4) ihren Ursprung an der Ablösekante der äusseren Rezirkulationszone (7) hat.
Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsleitmittel im Übergangsbereich (15) zwischen Mischstrecke (3) und Brennkammer (4) vorgesehen sind, die eine gestrakte Stromlinienkontur aufweisen.
Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (1) als Einzelbrenneranordnung vorgeshen ist.
Verbesserter Brenner (1) für einen Wärmeerzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (1) als Mehrbrenneranordnung vorgesehen ist.
Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckwirbeln bei einem Brenner mit einem Drallerzeuger, einer Mischstrecke und einer Brennkammer, wobei die Brennkammer einen grösseren Strömungsquerschnitt als die Mischstrecke aufweist, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen des Strömungsfelds bei einem sprungartigen Übergang von der Mischstrecke zur Brennkammer; Bestimmen der Rezirkulationszonen in der Brennkammer; Festlegen der Kontur des Übergangs Mischstrecke/Brennkammer in erster Näherung als Stromlinien, die ihren Ursprung an der Ablösungskante der äusseren Rezirkulationszonen haben.
Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Brennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckwirbeln nach Patentanspruch 7, wobei die Kontur des Übergangs Mischstrecke/Brennkammer in weiteren Iterationsschritten optimiert wird.
Verfahren zum Erzeugen einer angepassten Brennergeometrie zur Vermeidung von Brennkammer-Eckwirbeln nach einem der Patentansprüche 7 bis 8, wobei das Verfahren mittels numerischer Berechnungsverfahren durchgeführt wird.