Doppler global velocimetry for the analysis of combustor flows

• Published in: Aerospace science and technology Vol. 6; no. 7; pp. 481 - 493
• Main Authors: Schodl, Richard, Röhle, Ingo, Willert, Christian, Fischer, Michael, Heinze, Johannes, Laible, Christoph, Schilling, Thomas
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier SAS 01.11.2002
• Subjects: Brennkammer; combustion; Doppler global Velocimetrie; Doppler global velocimetry; gasturbine; Geschwindigkeitsmessung; Laser Velocimetrie; laser velocimetry; Brennkammer; combustion; gasturbine; Doppler global velocimetry; Doppler global Velocimetrie; Geschwindigkeitsmessung; laser velocimetry; Laser Velocimetrie
• ISSN: 1270-9638; 1626-3219
• DOI: 10.1016/S1270-9638(01)01136-1

The principle of Doppler global velocimetry (DGV) and a DGV system optimized for time averaged three-component velocity measurements is described in this paper. Furthermore, the design of the different components of the DGV-system as well as the manner of its operation is presented. The volumetric, time averaged, three-component velocity distribution was acquired in the isothermal flow of a low NOx, staged combustion chamber sector from Rolls-Royce Deutschland. The combustor was developed within the German public-funded Engine 3E program. On the basis of the collected data, the complex flow phenomena in the combustor could be analyzed in detail and supported by CFD calculations. A recently developed, pulsed Nd:YAG laser now enables planar, time-averaged, three-component DGV application in combusting flow fields. Measurements were carried out in a single-nozzle, kerosene combustion chamber model, operated under atmospheric pressure. The successful measurements demonstrated the capability of DGV as a new tool for combustion research. It was possible to separately measure the gas velocity and the velocity of the fuel droplets, a promising capability of DGV for two phase flow analysis. Es wird das Prinzip der Doppler Global Velocimetry (DGV) sowie ein DGV-Messsystem beschrieben, dass für die flächenhafte Erfassung zeitlich gemittelter drei-Komponenten Geschwindigkeiten optimiert wurde. Dabei werden im Einzelnen der Aufbau und die Funktionsweise der verschiedenen Komponenten des DGV-Messsystems behandelt. Mit diesem Messverfahren wurden zeitlich gemittelte drei-Komponenten Geschwindigkeit-verteilungen in einem schadstoffarmen, gestuften Brennkammersektor der Firma Rolls Royce Deutschland bestimmt, wobei das gesamte Brennkammervolumen vermessen wurde. Die Brennkammer wurde im Rahmen des deutschen Luftfahrtforschungsprogramms, Leitkonzept Engine 3E, entwickelt. Auf der Basis dieser Messdaten und unterstützt von begleitenden numerischen Rechnungen konnten die komplexen Strömungsphänomene in dieser Brennkammer analysiert werden. Mit einem neu entwickelten gepulsten Nd:YAG Laser gelangen erstmals planare, zeitlich gemittelte drei Komponenten Geschwindigkeitsmessungen in einer heißbetriebenen Brennkammer. Es handelte sich hierbei um ein mit Kerosin gefeuertes Einzelsektor-Brennkammermodell, dass bei Atmosphärendruck betrieben wurde. Die erfolgreichen Messungen—es konnten unabhängig voneinander Gas- und Brennstofftropfengeschwindigkeiten bestimmt werden—beweisen die Eignung dieser neuen Messtechnik für die Analyse von Verbrennungsprozessen.