Untersuchung des direkten Einflusses des Precessing Vortex Core auf die Dynamik, thermoakustische Instabilitäten und Emissionen drallstabilisierter Flammen mittels aktiver Strömungskontrolle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kilian Oberleithner
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247226395

Seit der Entdeckung des Precessing Vortex Core (PVC), als typische kohärente Struktur in Drallströmungen, wurden zahlreiche Untersuchungen unternommen, um dessen Eigenschaften in nicht-reagierenden und reagierenden Strömungen zu untersuchen. Dabei konnte jedoch bis heute nicht geklärt werden, ob dieses Strömungsphänomen einen technisch nutzbaren Effekt auf drallstabilisierte Verbrennung haben kann, wie sie typischerweise in Gasturbinen angewendet wird. Dies liegt vor allem darin begründet, dass der Einfluss des PVC auf die Verbrennung bis zum heutigen Zeitpunkt nicht gezielt untersucht werden konnte. In diesem Forschungsvorhaben wird die Möglichkeit geschaffen den PVC im Experiment gezielt und direkt am Ort seiner Entstehung zu kontrollieren. Aufbauend auf dem vorangegangenen Projekt werden dazu die Erkenntnisse der linearen hydrodynamischen Stabilitätsanalyse über die Entstehung des PVC angewendet. Nach der Auslegung, Implementierung und Kalibrierung des Kontrollsystems im vorhandenen generischen Brennkammerprüfstand werden Experimente an turbulenten drallstabilisierten Flammen durchgeführt. Durch Messungen im offenen Regelkreis wird das Lock-In Verhalten des PVC und damit die beste Position für die Aktuation bestimmt. Die anschließende Kontrolle des PVC im geschlossenen Regelkreis erlaubt die gezielte Unterdrückung des PVC, der als stabiler Grenzzyklus aufgefasst werden kann. Somit wird die Systemdynamik durch die Regelung auf ihren instabilen Fixpunkt zurückgeführt. Diese Art der Kontrolle ermöglicht es damit den PVC als weiteren Kontrollparameter der Eigenschaften reagierender und nicht-reagierender Drallströmungen einzusetzen. Im weiteren Verlauf des Projektes wird damit der explizite Einfluss des PVC auf die Flammendynamik, auf thermoakustische Instabilitäten und auf die Schadstoffbildung von drallstabilisierter Verbrennung untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Jonas Moeck; Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit