Vigas: HVS25LC

Hallo,
Thema JICF = Jet in Cross Flow = Freistrahl in Querströmung. So bezeichnen es die Aero- und Thermodynamiker.
Bei uns heisst es Sekundärlufteinblasung im Düsenspaltdurchstrom.
Wenn man verstehen will, was in und unter der Düse so abgeht, kann man sich das mit dieser
Modellbildung versuchen vorzustellen.

Ich habe mal mit dem Worstcase, nämlich dem alten 6-Lochdüsenstein, angefangen.
In den heissen Primärgasstrom der sich vermutlich mit 15 - 25 m/s durch den Düsenschlitz quält,
fallen von beiden Seiten "wasserfallartig" die deutlich kühleren SecLuft-Strahle in einer Bahn,
die Trajektorie bezeichnet wird. Bei Singlelüfter-Betrieb dürften da so an die 10 - 15 m/s anstehen,
die Lufttrenner beanspruchen an dieser Stelle bis zu 50 m/s.
Das oberste Bild aus der aktuellen Literatur zeigt, wie sich der Strahl sofort zerlegt und turbulent wird.
Hierbei mischt sich der Sauerstoff unter das Brenngas und reagiert in einer turbulenten Diffusionsflamme.
Literaturwerte für Gichtgasgemische sprechen von einer Flammausbreitungsgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s.

Wenn man sich das jetzt auf der Zunge zergehen lässt, wird klar, wie man die Verbrennung durch
kleinräumigere Vermischung dazu bringen kann, noch vor Erreichen des Brennkammerbodens
abgeschlossen zu sein.
mfG Max

Hallo,
tja Horst, wie du an der dargestellten 10-Lochdüse sehen kannst ändert sich an der SecLuftstromüberlappung wenig.
Die Turbulenz wird zunehmen, was auch der Durchmischung zugute kommt.
Die SecLuftsäulen werden schlanker, was ein größeres Oberflächen/Volumen-Verhältnis gibt.
Kreisumfang = 2*r*pi Kreisfläche = r²*pi ->
Kreisumfang/Kreisfläche = 1/2r -> je kleiner r umso größer der Wert
Reduzierte Oberfläche bei stärker reduziertem Volumen bedeutet, dass Diffusion, Turbulenz und Verbrennung schneller vonstatten gehen.

Das ist aber nur ein Aspekt des Geschehens.

Höhere Geschwindigkeit der SecLuft lässt den Luftstrahl bis an die gegenüberliegende Düsenwand durchdringen
und durch den Aufprall ebenfalls sehr turbulent werden.

Mehr und dadurch kleinere SecLuftbohrungen drosseln wiederum den Luftstrahl und schwächen seine Turbulenz.

Ein spaltförmiger SecLuft-Zulauf kann u.U. nur einen beidseitigen "Luftvorhang" am Primärgasstrom bilden.
Hier muss also ebenfalls für Turbulenz gesorgt werden. Es sei denn man macht den Düsenschlitz so eng,
dass die Diffusions- und Turbulenzwege wieder optimal kurz sind.
usw.
mfG Max

Hallo,
...so damit wir das "Bildhafte" hinter uns bringen können, hier noch eine eher
schematische Vorstellung, wie der SecLuftstrom in einer Spaltzumischung aussehen könnte.
Es ist nur eine Hälfte des SecLuft-Einfalls dargestellt, sonst sieht man gar nichts mehr.
Mittig strömt mit vermutlich fast der doppelten Geschwindigkeit der Primärgasstrom durch.
Die Scherwirkung zum langsameren SecLuftfluss bewirkt Turbulenz.
Die SecLuft selbst wird durch die Riffeln im Zulaufspalt zu einem quasi Spaghettistrom geformt.
Zudem treten die Stromfäden um 30° schräg und zur gegenüberliegenden Seite gegenläufig ein.
Das ist eine weitere Scherkomponente orthogonal zum Durchstrom, die Turbulenz erzeugt.

Der Diffusor der Keramikventuridüse ist mit 16° deutlich größer als bei den üblichen Betondüsen.
Ein Strömungsabriss ist nicht zu befürchten, da Primärgas und SecLuft sofort zu reagieren beginnen
und eine heftige Volumenzunahme eintritt.
mFG Max

Hallo,
...genau das sind die immer wiederkehrenden Argumente, gegen die die ich angehe.
Das Primärgas kommt quasi "glühend" (500 - 800°) ziemlich turbulent an.
Sobald es oberflächlich mit sauerstoffhaltigem "Gas" in Berührung tritt, flammt es auf
und erzeugt auch gleich entsprechende Turbulenzen. Ich sehe das bei jedem Nachlegen
an meinen Primärluftlöchern im Füllraum - und da gehts noch gemütlich zu verglichen mit der Düse.
Die immer wieder herangezogene, vermeintlich niedrige Flammausbreitungsgeschwindigkeit von 0,5m/s bei CO
wird vollkommen irrelevant, wenn man kleinräumig und möglichst turbulent mischt.
Ich habe ein Schauglas in meiner Brennkammer und sehe was da abläuft.
Die ganze Bilderreihe war eigentlich gedacht, eine Anschauung dafür zu entwickeln, wie die Geometrien
im Düsenbrand aussehen könnten.
Von uns kann noch keiner LES (Large Eddy Simulation) oder DNS (Direct Numerical Simulation) machen,
das bleiben vorläufig die Werkzeuge der Forscher. Die interessieren sich in diesem Rahmen eher für
wasserstoffbetriebene oder hocheffiziente luftatmende Flugtriebwerke.
Und da ist der Fall genau andersrum wie in unserer Düse. In durchströmende Luft wird Brennstoffgas (H2)
oder verdampfender Brennstoff eingeblasen (eben JICF). Da brennt die Flamme in den Brennstoffstrahl "hinein".
In unserer Düse dringt hingegen der Oxidator in den Brennstoffstrom.
Beide Systeme werden nur durch den hohen N2-Anteil im jeweiligen Strom daran gehindert zum Schweissbrenner zu werden.
Mein Literaturordner in Sachen HV hat 285MB, da sind auch ein paar von den Standardzitaten dabei,
lieber sind mir jedoch aktuelle Veröffentlichungen.
Einer dieser Standardautoren spricht von den 3T der Verbrennung: Time - Temperature - Turbulence
- Time = Zeit : das sind die mit der vergrößerten Brennkammer;
- Temperature : Das sind die mit dem guten Glutstock über der Düse und einem ungehinderten Düseneinlauf;
- Turbulenz: Das ist das Geschehen in der Düse. Stichworte Lufttrennung oder gute Aerodynamik oder clevere Mischstrategien.
BTW: ein bollernder Kessel sagt noch lange nicht, dass die Verbrennung optimal läuft - eher das Gegenteil.
mfG Max

Hallo Peter,
du hast einen 14er Vigas mit LC und Lufttrennung.
Der Düsenquerschnitt erscheint mir etwas zu groß. Zum richtigen Dmr. der SecLuftbohrungen
habe ich für Lufttrennung keine belastbaren Werte parat. Da musst du wohl bei Friedrich suchen,
der hat meines Wissens schon öfter welche genannt.

Willst/kannst du das Teil aus einem Stück fräsen - da sträuben sich bei mir als ehem. Fertigungsentwickler
die (nicht vorhandenen) Haare. Mach wenigstens mittig/senkrecht eine Längsteilung, die kannst du immer noch verschweißen.
Wenn die Schweissung dann aufgrund der thermischen Spannungen platzt, siehst du am Verzug, wo die Sache hingeht.

Falls du nur Segmente (so ähnlich wie meine Keramikdüse) herstellen willst, liefere ich dir die keramischen Kopfteile
und die Zeichnungen. Für alle anderen Vorstellungen musst du wohl bei Friedrich "spicken".

Giessen dieser Teile wäre übrigens auch noch eine Fertigungsart (die auch mich interessiert), wenn du da rankommst.
mfG Max

Hallo HJH,
ich habe einige Literatur gesammelt über Flammausbreitung/Flammgeschwindigkeit.
Der Wert 0,5m/s für Gichtgas stammt hiervon.

Wenn du genauere Zitate oder zum Abgleich Literaturstellen brauchst
(ich nehme nur im Web verfügbare Doks - Bücher kaufe ich garantiert keine mehr)
muss ich das zusammenstellen.
mfG Max

edit: inzwischen habe ich auch das Zitat wieder gefunden
http://www.farago.info/job/Verbrennungen/DritteBrenner.htm
etwas allgemeiner und sehr interessant -> dort weitersuchen!!!
http://www.farago.info

Hallo Friedrich,
...da war die Hochschule wohl primär am Geld interessiert und erst nachrangig am Forschen
bzw. zukünftigen Aktivitäten, die sich daraus entwickeln hätten können.
Semestranden und Diplomanden sind "kurzfristige Leiharbeiter ohne Salär",
richtig durchziehen kann so eine Sache erst ein Doktorand, und der hat auch nur 1/3-Gehalt.
Der Professor oder seine Assistenten haben sich das offensichtlich nicht als Schwerpunkt ans Bein gebunden.
Ein Doktorand hat ungefähr 3 Jahre Zeit für sein Vorhaben.
Wir beide sind jetzt auch schon 3 Jahre am HV-Heizen - reicht das schon für eine Dissertation?

BTW. Schau dir unbedingt Faragos Web-Seite an. Als Einstieg
http://www.farago.info/job/Kaminfeuer/FormelKennzahlen.pdf
Der ist bei der DLR und beschäftigt sich mit (etwas größeren) Düsen und stellt freizügig Info bereit.
mfG Max

Hallo,
...heute war der Kaminkehrer zur ersten Kehrung da.
Wie üblich linker Schlot - an dem hängt der Küchenherd - etwas verpecht,
rechter Zug - an dem hängt der HV - nur etwas Staub/Russ (ca. 1-2 ltr).

Aber beim darauffolgenden Anheizen fängt doch mein Fafnir glatt an zu röhren.
(Hat wohl Werner gesehen: das muss kesseln).
Endlich hatte ich Gelegenheit eine Frequenzanalyse durchzuziehen.
Sohnemanns MP3-Player in den Zugbegrenzer gehalten und aufgenommen.
Mithilfe eines Freewareprogrammes namens "Sonic Visualiser" konnte ich die
WAV-Datei laden und auswerten.
Der erste Teil ist nicht verwendbar, da hatte ich den Aufnahmestick noch innerhalb des Schlots - viel zu laut.
Erst beim Rausziehen wurde ein verwertbarer Mitschnitt daraus.

Eine tiefe Frequenz bei 16 Hz (könnte auch die Schwebung sein)
und eine signifikante Frequenz bei 79 Hz - die Brummerei.
Die nächste Spektrallinie bei 155 Hz dürfte der erste Oberton sein.
Eine anschließende Kontrolle/Kehrung des Rauchrohres ergab nichts Besonderes.
Mal schauen, ob das so weitergeht, das hört man durchs ganze Haus.

mfG Max

edit: nach der Flötenformel
Frequenz = Schallgeschwindigkeit / (2 * Rohrlänge)
stehen die 16 Hz für die ca. 9m Kamin
und die 79 Hz für die ca. 2m Rauchrohranschluss

Im Anhang eine "Hörprobe" (der gelb markierte Bereich)

Hallo,
...hier noch eine Ergänzung zur Abgasresonanz.
(wird die wenigsten interessieren - bei wem brummts schon).
Mir scheint, dass die Sache nur beim Anheizen/Nachlegen auftritt,
wo die Flammen am lebhaftesten zugange sind.
Ausser Wetterlage, Füllkammerfüllgrad und Reinigungszustand
sehe ich keine anderen möglichen Parameter für das sporadische Auftreten.

Nachgezeichnete Lüfterkennlinien des HVS25E/LC-Standardlüfters (Alt) und eines
aktuelleren Lüfters (meine Reserve), den mir Tobias besorgt hat.
Die rot eingezeichneten Messpunkte stammen aus eigenen Untersuchungen.
http://www.holzvergaser-forum.…9/&postID=39786#post39786
Sie zeigen im realen Einbau etwas niedrigere Werte.
Ich bin auf 562m über NN - ob das schon was ausmacht?
mfG Max