Datengetriebene rangreduzierte Modelle zur Beschreibung der Flammendynamik und deren Lärm

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kilian Oberleithner
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545733814

Im Zusammenhang mit nachhaltiger und kohlenstoffneutraler Energieerzeugung hat sich die Verbrennung von Wasserstoff als ein hervorragender Kandidat erwiesen. Die aeroakustischen Auswirkungen von Wasserstoffflammen, ein kritischer Aspekt für die Entwicklung fortschrittlicher Brenner, sind jedoch nur unzureichend erforscht. DECRESCENDO schließt diese Lücke durch eine umfassende Untersuchung des durch Turbulenzen verursachten direkten Verbrennungslärms. Dabei wird ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt: Das Forschungskonsortium umfasst Experten für hochauflösende Simulationen, Verbrennungsdynamik, Analyse turbulenter Strömungen, Akustik und experimentelle Diagnostik. Das erste Ziel ist die detaillierte experimentelle Charakterisierung von Wasserstoffflammen und ihres Lärms mit Hilfe von Mikrofonarrays in einer schallarmen Umgebung. Ziel ist es, die Eigenschaften der Fernfeldakustik, beeinflusst durch Polarwinkel, azimutale Wellenzahl, Frequenz und relevante Strömungsparameter wie Reynolds-Zahl, Damköhler-Zahl und Lewis-Zahl, umfassend darzustellen. Das zweite Ziel verfolgt einen "Outside-In"-Ansatz für die kinematische Modellierung von Schallquellen unter der Annahme, dass die Schallerzeugung hauptsächlich durch die stationäre Wärmefreisetzung kohärenter Flammenstrukturen verursacht wird. Parallel dazu verfolgt das dritte Ziel einen "Inside-Out"-Ansatz, der hochaufgelöste Daten aus DNS, LES und Experimenten verwendet, um akustisch relevante Quellfelder zu identifizieren. Dieser Ansatz ergänzt die "Inside-Out"-Modelle und liefert ein nuanciertes Verständnis der räumlich-zeitlichen Eigenschaften der kohärenten Flammendynamik, die für die Schallerzeugung verantwortlich ist. Das letzte Ziel umfasst die physikalisch basierte Modellierung der Mechanismen, die zu direktem Flammenlärm führen, unter Verwendung der „Linear Mean Field Analysis“. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung der Instabilitätsmechanismen, die zur Bildung turbulenter kohärenter Strukturen, zu Fluktuationen in der Wärmefreisetzung und zur daraus resultierenden Schallabstrahlung führen. Diese Erkenntnisse tragen nicht nur zur Entwicklung datengetriebener Schallquellenmodelle bei, sondern bieten auch Einblicke in die Ursachen turbulenzinduzierter Verbrennungsgeräusche. Die aus diesem Ansatz abgeleiteten Sensitivitäten und optimalen Anregungsstrukturen sind wichtig für zukünftige Lärmminderungsstrategien. Die Ergebnisse von DECRESCENDO versprechen, das wissenschaftliche Verständnis des direkten Verbrennungslärms turbulenter Flammen voranzutreiben und damit die Entwicklung von Brennern der nächsten Generation und saubereren Energielösungen zu erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Hélène Bailliet; Professor Dr. Luís Figueira da Silva; Professor Dr. Peter Jordan; Professor Dr. Arnaud Mura