Vorhersage von Flammentransferfunktionen von Drall- und Strahlflammen II

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kilian Oberleithner; Professor Wolfgang Polifke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen ; Akustik ; Strömungsmechanik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441269395

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Thermoakustische Instabilitäten stellen insbesondere im Hinblick auf Leistungsbereich und Brennstoffzusammensetzung (einschließlich Wasserstoff) eine große Herausforderung für die Entwicklung flexibler, zuverlässiger und sicherer Gasturbinen dar. Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist für die Entwicklung emissionsarmer Gasturbinen, die zu einer kohlenstofffreien Stromerzeugung beitragen, von entscheidender Bedeutung. Das SWJET-Projekt zielt hierbei darauf ab, das ganzheitliche Verständnis thermoakustischer Instabilitäten in Strahl- und Wirbelflammen zu verbessern. Dieses Projekt ist in zwei Hauptkomponenten unterteilt: einen numerischen Ansatz basierend auf der Theorie linearisierter Felder sowie (in Fortsetzung eines Vorgängerprojekts) die Erzeugung experimenteller Validierungsdaten. Experimentelle Daten und Simulationsergebnisse unterstreichen den Einfluss von Pilotflammen auf perfekt und technisch vorgemischte Flammenformen und ihre entsprechenden Flammenübertragungsfunktionen. Das aktuelle Projekt dokumentiert außerdem die erstmalige Anwendung von linearer Analyse auf turbulente Flammen, wobei die Linearisierung von Wärmefreisetzungsratenmodellen und die damit einhergehenden Herausforderungen hervorgehoben werden. Darüber hinaus wird besonderes Augenmerk auf die Erzeugung und den Transport von Trägheitswellen und ihre Bedeutung für Verstärkungsmechanismen gelegt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Linearized Reactive Flows: An Application to Swirl Flames. In: 18th International Conference on Numerical Combustion. 2022
  Gregoire Varillon et al.
  
• Linearizing a Reacting Turbulent Jet Flow: How to Do It, and How Not To. In: 75th APS/DFD Annual Meeting. 2022
  Thomas Ludwig Kaiser et al.
  
• Linearizing a Turbulent Bunsen Flame. In: 18th International Conference on Numerical Combustion. 2022
  Thomas Ludwig Kaiser et al.
  
• Mean flow data assimilation based on physics-informed neural networks. Physics of Fluids, 34(11).
  von Saldern, Jakob G. R.; Reumschüssel, Johann Moritz; Kaiser, Thomas L.; Sieber, Moritz & Oberleithner, Kilian
  
• Resolvent-based modelling of coherent structures in a turbulent jet flame using a passive flame approach. Combustion and Flame, 236, 111695.
  Casel, Mario; Oberleithner, Kilian; Zhang, Feichi; Zirwes, Thorsten; Bockhorn, Henning; Trimis, Dimosthenis & Kaiser, Thomas L.
  
• A Comprehensive Linearised Flow Model for Swirling Jets. In: Symposium on Thermoacoustics in Combustion: Industry Meets Academia (SoTiC 2023). 2023
  Gregoire Varillon et al.
  
• FELiCS: A Versatile Linearized Solver Addressing Dynamics in Multi-Physics Flows. AIAA AVIATION 2023 Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics.
  Kaiser, Thomas L.; Demange, Simon; Müller, Jens S.; Knechtel, Sophie & Oberleithner, Kilian
  
• Global Linear Stability Analysis of a Slit Flame Subject to Intrinsic Thermoacoustic Instability. In: Proceedings of the 29th International Congress on Sound and Vibration. 2023
  Gregoire Varillon, Philipp Brokof & Wolfgang Polifke
  
• Modelling the response of a turbulent jet flame to acoustic forcing in a linearized framework using an active flame approach. Combustion and Flame, 253, 112778.
  Kaiser, Thomas L.; Varillon, Gregoire; Polifke, Wolfgang; Zhang, Feichi; Zirwes, Thorsten; Bockhorn, Henning & Oberleithner, Kilian
  
• On the Significance of Modeling Turbulent Transport When Linearizing the Governing Equations of a Turbulent Bunsen Flame. In: Symposium on Thermoacoustics in Combustion: Industry Meets Academia (SoTiC 2023). 2023
  Thomas Ludwig Kaiser et al.
  
• Self-consistent closure modeling for linearized mean field methods. AIAA AVIATION 2023 Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics.
  von Saldern, Jakob G.; Reumschüssel, Johann M.; Kaiser, Thomas L.; Schmidt, Oliver T.; Jordan, Peter & Oberleithner, Kilian
  
• Using a Linear Mean Flow Analysis with an Active Flame Approach to Model the Response of a Turbulent Jet Flame to Acoustic Excitation. In: Progress in Flow Instability, Transition and Control
  Thomas Ludwig Kaiser et al.
  
• Arbitrary-order sensitivities of the incompressible base flow and its eigenproblem. Journal of Fluid Mechanics, 985.
  Knechtel, S.J.; Kaiser, T.L.; Orchini, A. & Oberleithner, K.
  
• Interacting Linear Modes in the Turbulent Flow of an Industrial Swirled Combustor. AIAA Journal, 62(3), 979-988.
  Moczarski, Lukas; Treleaven, Nicholas C. W.; Oberleithner, Kilian; Schmidt, Simon; Fischer, André & Ludwig, Kaiser Thomas
  
• Linear analysis of a swirling jet with a realistic swirler model. International Journal of Spray and Combustion Dynamics, 16(3), 186-199.
  Varillon, Grégoire; Kaiser, Thomas Ludwig; Brokof, Philipp; Oberleithner, Kilian & Polifke, Wolfgang