Abgeschlossene FLOW Projekte
Aktive Strömungskontrolle von hydrodynamischen Instabilitäten in Gasturbinenbrennkammern
In den Brennkammern moderner Gasturbinen werden sogenannte vorgemischte Flammen eingesetzt, die mithilfe einer verdrallten Strömung stabilisiert werden. Diese Art von reagierender Strömung kann hydrodynamische Instabilitäten ausbilden, welche auch den Verbrennungsprozess beeinflussen. Eine dieser Instabilitäten, welche unter dem Begriff Precessing Vortex Core (PVC) bekannt ist, verursacht helikale kohärente Wirbelstrukturen in den Scherschichten des Strömungsfeldes. Um den direkten Einfluss des PVC auf den Verbrennungsprozess gezielt untersuchen zu können, werden Amplitude und Frequenz des PVC mittels aktiver Strömungskontrolle eingestellt.
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Modellierung und Kontrolle von Strömungsinstabilitäten in turbulenten Drallströmungen
Turbulente Drallströmungen mit Wirbelaufplatzen treten in zahlreichen technischen Strömungen auf, z. B. auf Deltaflügeln von Flugzeugen bei hohen Anstellwinkeln, in Wasserturbinen bei Teillast oder in Brennkammern von Gasturbinen. Unter bestimmten Bedingungen wird das Wirbelaufplatzen von einer starken Strömungsinstabilität begleitet, die als Precessing Vortex Core (PVC) bezeichnet wird. Ziel dieses Projekts ist es, ein modellbasiertes Verständnis für den PVC zu aufzubauen, um dessen Einfluss systematisch untersuchen zu können und effektive Kontrollmöglichkeiten zu entwickeln.
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Pulsdetonationsbrennkammern in Gasturbinen
Für die zukünftig stabile Energieversorgung sowie Antriebstechnik in der Luftverkehr ist der Einsatz von Gasturbinen unerlässlich. Ein mögliches Konzept für eine vergleichsweise drastische Effizienzsteigerung setzt an dem Verbrennungsverfahren an, das den grundlegendsten Schritt in der Energiewandlung einer Gasturbine darstellt. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches an der Technischen Universität Berlin (SFB1029) soll die klassische Gleichdruckverbrennung durch ein näherungsweises Konstant-Volumen- Verbrennungsverfahren (Constant Volume Combustion) ersetzt werden. Dies kann unter anderem durch den Einsatz einer pulsierenden Detonation (Pulsed Detonation Combustion, PDC) realisiert werden.
Stabilitäts- und Resolventenanalyse zur Modellierung von Wellenpaketen in breitbandigen turbulenten Strömungen
Das Fernfeld von runden turbulenten Freistrahlen ist durch das Auftreten von breitbandigen turbulenten Strukturen gekennzeichnet. Fokus des Projekts ist die Identifikation der kohärenten Strukturen und deren Modellierung mittels linearer Stabilitätsanalyse und Resolventenanalyse. Die experimentelle Untersuchung der Strukturen erfolgt anhand von zeitaufgelöster stereoskopischer PIV Messungen, die eine Identifikation der kohärenten Strukturen im Frequenzbereich ermöglichen. Die Messdaten dienen zusätzlich als Grundlage der Modellierung und für deren Validierung. Bei beiden angewendeten Modellierungsverfahren wird das zeitgemittelte Strömungsfeld als Basis verwendet, um die turbulenten Strukturen zu vorherzusagen.
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Lineare und nichtlineare Dynamik zweiphasiger Strömungen
Zweiphasige Strömungen beschreiben die Interaktion von Fluiden, die unterschiedliche Aggregatszustände aufweisen (z.B. flüssig und gasförmig) und treten in einer Vielzahl technischer Anwendungen auf. Diese umfassen beispielsweise die Fluidmischung oder Zerstäubung mittels Düsen oder das separieren von Fluiden in industriellen Zyklonen. Im Gegensatz zu einphasigen Strömungen weisen diese Strömungen eine mitunter deutlich komplexere Dynamik auf. Dieses Forschungsprojekt fokussiert sich auf die Methodenentwicklung zur Modellierung dieser Dynamik und der Beschreibung der Dynamik selbst, für ausgewählte Strömungen.
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