Hochgeschwindigkeits PIV und OH-PLIF System

• Subject Area: Fluid Mechanics, Technical Thermodynamics and Thermal Energy Engineering
• Term: Funded in 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 204292621

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Die Anschaffung des Hochgeschwindikeits-PIV Systems ermöglichte auf dem Gebiet der drallstabilisierten Verbrennung einen erheblichen Erkenntnisgewinn. Aufgrund der hohen zeitlichen Abtastrate konnten die Strömungsstrukturen während des Verbrennungsprozesses genau untersucht werden. Unter anderem wurde die Entstehung des sogenannten precessing vortex core, eine in der Verbrennung oft beobachtete kohärente Wirbelstruktur, untersucht und konnte letztlich erklärt werden. Außerdem konnten die damit im Zusammenhang stehende Flammendynamik vermessen werden. Der plötzliche Umschlag von Flammentypen konnte durch das neue Messsytem quantitativ erfasst, analysiert und erklärt werden. Die zeitaufgelösten Messung des Strömungsfeldes ermöglichte außerdem die Entwicklung und Anwendung neuer, auf Spektralanalyse basierender, Methoden. Dies ermöglichte erst die klare Trennung verschiedener dynamischer Vorgänge in der Brennkammer. Das Hochgeschwindikeits-PIV Systems kam ebenfalls in der Aerodynamik zum Einsatz. Für die Untersuchung fluidischer Bauteile welche als Strömungsaktuatoren für die aktive Strömungskontrolle entwickelt werden, war das System überaus effizient. Die hohe zeitliche Auflösung der Messung ermöglichte die genaue Beschreibung der periodischen Strömungsvorgänge im Aktuator. Das OH-PLIF System fand seine Anwendung in zahlreichen der Untersuchung zur Verbrennung mit hohem Dampfgehalt und zur Verbrennung mit reinem Wasserstoff. Für diese hoch-modernen Verbrennungskonzepte müssen erst (Flammenrückschlag-)sichere Brenner entwickelt werden. Dafür ist die zeitaufgelöste Erfassung der Flammenfront sehr hilfreich. Die OH-PLIF Daten konnten genutzt werden, um Flammenrückschlag-Statistiken zu ermitteln und führten letztlich zu komplett neuartigen Brennerdesigns.

Publications

• Flow Field Manipulation by Axial Air Injection to Achieve Flashback Resistance and its Impact on Mixing Quality. 51st AIAA Aerospace Science Meeting, Grapevine, Texas, USA, Jan. 07-10, AIAA paper no. 2013-2603 2013
  T. G. Reichel, S. Terhaar und C. O. Paschereit
  
• Why Non-Uniform Density Suppress the Precessing Vortex Core. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 135(12):121506 (9 Pages) September 2013 ISSN: 0742-4795 (online), 1528-8919 (print)
  K. Oberleithner, S. Terhaar, L. Rukes und C. O. Paschereit
  
• Impact of Steam-Dilution on the Flame Shape and Coherent Structures in Swirl-Stabilized Combustors. Combustion Science and Technology, 186:889-911 2014
  S. Terhaar, K. Oberleithner und C. O. Paschereit
  
• Response of a swirl-stabilized flame to simultaneous perturbations in equivalence ratio and velocity at high oscillation amplitudes. Combustion and Flame, 162(4):1046–1062 2014 ISSN: 0010-2180
  B. Ćosić, S. Terhaar, J. P. Moeck und C. O. Paschereit
  
• Increasing Flashback Resistance in Lean Premixed Swirl-Stabilized Hydrogen Combustion by Axial Air Injection. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 137(7):071503 (9 pages) 2015
  T. G. Reichel, S. Terhaar und C. O. Paschereit
  
• Investigation of Lean Premixed Swirl-Stabilized Hydrogen Burner with Axial Air Injection Using OH-PLIF Imaging. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2015 ISSN: 0742-4795 (online), 1528-8919 (print)
  T. G. Reichel, K. Göckeler und C. O. Paschereit
  
• Key parameters governing the precessing vortex core in reacting flows: An experimental and analytical study. Proceedings of the Combustion Institute, 35(3):3347-3354 2015 ISSN: 15407489
  S. Terhaar, K. Oberleithner und C. O. Paschereit
  
• Phase-Averaging Methods for the Natural Flowfield of a Fluidic Oscillator. AIAA Journal, 53(8):2359--2368 2015 ISSN: 0001-1452
  F. Ostermann, R. Woszidlo, C. N. Nayeri und C. O. Paschereit
  
• The time-resolved natural flow field of a fluidic oscillator. Experiments in Fluids, 56(6) 2015 ISSN: 0723-4864 (print), 1432-1114 (online)
  R. Woszidlo, F. Ostermann, C. N. Nayeri und C. O. Paschereit
  
• Vortex Breakdown Types and Global Modes in Swirling Combustor Flows with Axial Injection. Journal of Propulsion and Power, 31(1):219-229 2015
  S. Terhaar, T. G. Reichel, C. Schrödinger, L. Rukes, K. Oberleithner und C. O. Paschereit