Numerische Untersuchung der Lärmentstehung und der Lärmabstrahlung ummantelter turbulenter Gasdrallflammen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 335858412

Geschlossene Drallbrennerkonfigurationen wurden hinsichtlich des Einflusses der Asymmetrie der Ummantelung auf das Phänomen der thermoakustischen Instabilität trotz der massiven Auswirkungen, die bis zum Versagen der gesamten Brennereinheit führen können, weder numerisch noch experimentell konsequent untersucht. Der aufgrund der Ummantelung lokal veränderte Verbrennungsvorgang führt über den Umfang zu deutlich modifizierten Wechselwirkungen zwischen Wärmefreisetzung durch die Flamme und das akustische Feld, was Auswirkungen auf die Entstehung und Ausbreitung der thermoakustischen Instabilität hat. Deshalb sollen in diesem Vorhaben anhand von numerischen Analysen die fluiddynamischen und akustischen Moden geschlossener Drallbrennerkonfigurationen untersucht werden, um thermoakustisch dominante Moden, die in realen Brennkammern in axialer, radialer und azimuthaler Richtung auftreten und zu einer thermoakustischen Instabilität führen können, zu identifizieren. Von einer offenen Drallflamme bis hin zu symmetrisch und asymmetrisch ummantelten Drallbrennerkonfigurationen soll das Strömungs- und Schallfeld berechnet werden und die akustische und fluidmechanische Interaktion der Drallflammen mit der Drallbrennerwand und deren Wechselwirkung mit den freien Scherschichten, äußeren und zentralen Rezirkulationszonen sowie dem freien Wirbel (Precessing Vortex Core (PVC)) bestimmt werden. Die numerischen Analysen basieren auf Large-Eddy Simulationen (LES) sowie auf Lösungen der akustischen Störungsgleichungen, um durch Untersuchung der akustischen Quellterme die wesentlichen Mechanismen der thermoakustischen Instabilitäten zu bestimmen. Weiterhin werden zur Berechnung der dominanten Moden im Frequenzraum die LES Lösungen anhand der Dynamic Mode Decomposition (DMD) Methode analysiert, so dass basierend auf den akustischen und den DMD Untersuchungen die Flamme-Strömung und Flamme-Akustik-Interaktion lokal bestimmt und für die ummantelte Brennerkonfiguration, in der axiale, radiale und azimuthale dominante thermoakustisch instabile Moden auftreten, verstanden werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Meinke