Aufbau und Inbetriebnahme eines Versuchsstandes zur ...
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
<strong>Aufbau</strong> <strong>und</strong> <strong>Inbetriebnahme</strong> <strong>eines</strong><br />
<strong>Versuchsstandes</strong> <strong>zur</strong> thermoakustischen<br />
Untersuchung von Kleinbrennern<br />
Victor Norrefeldt, Marius Dillig, Michael Kolb,<br />
Christoph Sinz, Marcus Fuchs, Matthias Utschick<br />
Betreuender Assistent: Urban Neunert
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Gliederung<br />
I. Problemstellung <strong>und</strong> Ziele<br />
II. Theorie der Thermoakustik<br />
III. Vorstellung des Heizungssystems mit<br />
Mess- <strong>und</strong> Steuerinfrastruktur<br />
IV. Versuchsstand im Betrieb<br />
V. Was ist mit der Anlage möglich<br />
VI. Zusammenfassung <strong>und</strong> Ausblick
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Problem:<br />
Ziel:<br />
Thermoakustik<br />
Problemstellung - allgemein<br />
Heizungssysteme in Campingfahrzeugen thermoakustisch<br />
anfällig<br />
Thermische Instabilitäten können Lärm <strong>und</strong> unkontrollierte<br />
Emissionen verursachen<br />
Firmen wollen in der Designphase Vorhersagen treffen<br />
können<br />
Vorhersagetools basierend auf analytischen Modellen<br />
benötigen Validierungsdaten<br />
Problemstellung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Konkrete Ziele<br />
Versuchsstand aufbauen<br />
• Versuchsstand mit Mess- <strong>und</strong> Steuerinfrastruktur<br />
• Steuer-/Messprogramme programmieren<br />
Testmessung<br />
• Brenner reproduzierbar zum Brummen bringen<br />
• Validierungsdaten sammeln<br />
Problemstellung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Theorie der Thermoakustik<br />
q‘<br />
• Wärmequelle in einem durchströmten, geschlossenen System<br />
• Druckschwankungen p‘ werden durch Energiequelle q‘<br />
verstärkt<br />
• System schwingt auf bei passender Konfiguration<br />
(Betriebspunkte, Länge des Systems)<br />
Thermoakustik<br />
störender Lärm, unerwünschte Emissionen<br />
p‘<br />
Theorie der Thermoakustik
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Heuler<br />
Thermoakustik<br />
Theorie der Thermoakustik
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Versuchsaufbau
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Herstellerangaben für anfälligen<br />
Betriebspunkt:<br />
Leistung: 2 kW<br />
Luftzahl: λ=1,4<br />
Minimal erreichbare Betriebszustände:<br />
Leistung: 2 kW<br />
Luftzahl: λ=2,2<br />
Luftzahl: λ=1,4<br />
Leistung: 3 kW<br />
Thermoakustik<br />
Gebläsekennlinie<br />
Luftmassenstrom [l/min]<br />
140<br />
130<br />
120<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
Luftmassenstrom<br />
60<br />
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4<br />
Gebläsesespannung in [V]<br />
Kalibrierung<br />
4 kW<br />
4,75 kW<br />
5,5 kW<br />
6,3 kW
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Versuchsaufbau
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Kalibration der Mikrofone auf die<br />
richtige Position<br />
Kalibrierung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Amplitudenfaktoren
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Versuchsaufbau
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Mess- <strong>und</strong> Regelpunkte am Brenner<br />
Gesteuert wird:<br />
� Propanmenge<br />
� Luftmenge<br />
Gemessen wird:<br />
� Druckschwankungen an 6 Stellen<br />
� Temperatur an 3 Stellen<br />
� Wärmefreisetzungsschwankungen der Flamme<br />
� Abgasgemisch<br />
Versuchsaufbau
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Ablauf einer Messung<br />
Messung
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Thermoakustik<br />
Die Messsoftware<br />
Messung
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Thermoakustik<br />
Zündvorgang<br />
Messung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Video vom Brummen<br />
Messung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Thermoakustik<br />
Temperaturverlauf<br />
Ergebnisse
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Amplituden- <strong>und</strong> Phasenverlauf von p‘<br />
- Amplituden- <strong>und</strong> Phasenverlauf der Druckschwankungen über den Strömungsweg<br />
Thermoakustik<br />
Ergebnisse
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Was ist mit der Anlage möglich?<br />
• verschiedene Stabilitätspunkte einstellbar <strong>und</strong><br />
überprüfbar<br />
• Druckschwankungen sind an 6 Stellen im<br />
Strömungsverlauf messbar<br />
• Temperatur an 3 Stellen messbar<br />
Thermoakustik<br />
Zusammenfassung
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Erreichte Ziele<br />
� Planung <strong>und</strong> Erstellung der Mess- <strong>und</strong> Steuerinfrastruktur<br />
� Steuer-/Messprogramm<br />
� Instrumentierung der Heizung<br />
� Messung der Kalibrationsfaktoren<br />
� Messung am realen Heizgerät<br />
Brummen wurde reproduziert aber nicht konstant & selten<br />
� Auswertetool für Kalibrierung <strong>und</strong> Messung<br />
� Betriebsanleitung<br />
Thermoakustik<br />
Ergebnisse
TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN<br />
Vielen Dank für Ihre<br />
Aufmerksamkeit!
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