Interaktionen zwischen mehreren instabilen transversalen Moden in hochfrequenten thermoakustischen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Sattelmayer
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380974143

In der Vergangenheit wurde die lineare und nichtlineare Dynamik mehrdimensionaler, hochfrequenter, thermoakustischer Schwingungen in vorgemischten Verbrennungssystemen mit der Einmodenannahme untersucht. Diese Annahme impliziert die Existenz von nur einer linear instabilen akustischen Mode, welche die Grenzzyklusschwingungen dominiert, während weitere Moden als linear stabil und vernachlässigbar betrachtet werden. Diese Annahme ist jedoch insbesondere im Bereich hochfrequenten Schwindungen jenseits der "Cut-On-Frequenz" der betroffenen Brennkammer fragwürdig, da hier mehrere linear instabile Moden existieren und interagieren. Wenn nicht alle potentiell instabilen Moden einbezogen werden, kann ein zuverlässiger und stabiler Brennerbetrieb nicht gewährleistet werden. Erstmals soll mit dem beantragen Vorhaben ein grundlegendes Verständnis für physikalische Mechanismen geschaffen werden, welche hochfrequente thermoakustische Schwingungen beschreiben, die aus mehreren instabilen Moden bestehen. Zu diesem Zweck wird ein skalierter, drallstabilisierter, vorgemischter Brenner untersucht, in dem sowohl die erste als auch die mehrere transversale Moden im hochfrequenten Bereich linear instabil sind. Dazu wird das vorgeschlagene Projekt in drei Hauptphasen unterteilt: Der erste Phase zielt darauf ab, lineare Flammentreibmechanismen und nichtlineare Brennkammerdynamiken der zweiten transversalen Mode zu identifizieren. Dies beinhaltet sowohl das Verständnis der grundlegenden Physik als auch die Entwicklung geeigneter mathematischer Quantifizierungs- und Simulationswerkzeuge. Spezifisches Verständnis über Interaktionsmechanismen zwischen mehreren instabilen transversalen Moden bezüglich physikalischem Verhaltens und Modellierungsansätze sollen im der zweiten Phase erarbeitet werden. In der dritten Phase sollen dann Systemidentifikationsmethoden entwickelt und validiert werden, die insbesondere auf multimodale Systeme anwendbar sind. Dadurch soll eine zuverlässige Methode geschaffen werde um relevante thermoakustische Parameter (z. B. lineare Wachstumsraten) aus den behandelten Systemen zu extrahieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen