Analytische und numerische Untersuchungen der Dynamik von by Matthias Hettel

By Matthias Hettel

Die Verwendung des Konzeptes der Vormischverbrennung in technischen Verbrennungsanlagen f?rdert die Ausbildung von selbsterregten Instabilit?ten. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Berechnung des dynamischen Verhaltens bzw. des Frequenzgangs von pulsierten turbulenten vorgemischten Axialstrahlflammen. Dieses steht unter dem Einfluss der Bildung von koh?renten Ringwirbelstrukturen an der Brennerm?ndung. Es werden sowohl instation?re Flammen als auch Ringwirbelstr?mungen numerisch untersucht.

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RUNG [S25]). Mit Verringerung des Zeitmaßes der periodischen Strömung und dem größten Turbulenzzeitmaß kommt es zu einer spektralen Überlappung. Diese wirkt sich in nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Turbulenz und transienter Grundströmung aus. Dafür sind momentan keine Modellansätze verfügbar (s. auch Kap. 2). DURBIN [S26] führt jedoch aus, dass auch periodische Strömungen berechnet werden können, deren Frequenzen im Trägheitsbereich der Turbulenzkaskade liegen. Voraussetzung ist allerdings, dass das Frequenzband der aufgeprägten oder sich ergebenden Periodizität (z.

Bei der Berechnung reaktiver turbulenter Strömungen kommen daher meist reduzierte Reaktionsmechanismen zum Einsatz, die nur wenige Reaktionsgleichungen und Spezies beinhalten. In den Vorarbeiten zu den vorgestellten Untersuchungen wurden verschiedene Verbrennungsmodelle zur Berechnung von instationären turbulenten Flammen getestet. Im Vergleich hat sich das PHP (Premixed High Performance)-Verbrennungsmodell von SCHMIDT ([Va9], [Va10]) als das leistungsfähigste Modell zur Berechnung von pulsierten turbulenten vorgemischten Axialstrahlflammen erwiesen.

Es gibt zwei Strömungsklassen, bei denen ein derartiges Geschwindigkeitsprofil zu finden ist. Es findet sich zum einen in der Potentialströmung der Umgebung eines Wirbelfadens mit der Zirkulation . Die gesamte Zirkulation ist auf das Wirbelzentrum konzentriert und stellt damit eine Singularität dar. Potentialströmungen sind nur möglich, wenn ausschließlich konservative Kräfte wirken, wie dies bei idealen (wirbelfrei und reibungsfreien) Fluiden der Fall ist. Potentialwirbel erfüllen die Laplace-Gleichung.

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