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Aktive Strömungskontrolle von hydrodynamischen Instabilitäten in Gasturbinenbrennkammern

Kontakt: Finn Lückoff [1]

Wir beschäftigen uns im Rahmen dieses DFG-Projektes mit der Untersuchung des direkten Einflusses des Precessing Vortex Core (PVC) auf die Dynamik, thermoakustische Instabilitäten und Emissionen drallstabilisierter Flammen mittels aktiver Strömungskontrolle. Der PVC ist eine dominante kohärente Strömungsstruktur die typischerweise in Drallströmungen auftritt. Diese Art von Strömung wird insbesondere in Gasturbinenbrennkammern eingesetzt, um die Flamme aerodynamisch zu stabilisieren.

Abbildung 1: Phasen-gemittelte Sequenz der Interaktion von PVC-induzierten Wirbeln mit einer Drallflamme (OHp). Der PVC wird mit dem in Abbildung 2 dargestellten Aktuator kontrolliert.
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Wir sind daran interessiert die Effekte des PVC auf die Verbrennungs- und Strömungseigenschaften tiefgehender zu erforschen und diese vorteilhaft zu nutzen. Dazu wird die Möglichkeit geschaffen den PVC im Experiment gezielt und direkt am Ort seiner Entstehung zu kontrollieren [1]. Der zur aktiven Strömungskontrolle eingesetzte Aktuator (Abbildung 2) ermöglicht eine azimutale Anregung des PVC im offenen und geschlossenen Regelkreis. Damit kann der PVC gezielt gedämpft und verstärkt werden. 

Abbildung 2: Experimenteller Aufbau mit Aktuationseinheit (1), Drallbrenner (2) und optisch zugänglicher Quarzglas-Brennkammer. Außerdem sind ein Stereo-PIV sowie ein OH*-Chemilumineszenz bzw. OH-PLIF Aufbau dargestellt. In b) Frontansicht des Aufbaus, c) Detailansicht des Brenners, d) Detailansicht des Centerbody
Lupe [3]

Zur Charakterisierung des PVC und dessen Einfluss auf die Strömung und Verbrennung kommen neben sensorbasierten Druckmessungen auch moderne optische und laserbasierte Messverfahren, wie OH*-Chemilumineszenz, Particle Image Velocimetry (PIV), Quantitative Light Sheet (QLS) Methoden und Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) zum Einsatz.

Publikationen:

Lückoff, Finn and Sieber, Moritz and Paschereit, Christian Oliver and Oberleithner, Kilian (2018). Characterization of Different Actuator Designs for the Control of the Precessing Vortex Core in a Swirl-Stabilized Combustor. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. ASME, 041503. [4]

Lückoff, Finn and Oberleithner, Kilian (2019). Excitation of the precessing vortex core by active flow control to suppress thermoacoustic instabilities in swirl flames. International Journal of Spray and Combustion Dynamics, 1756827719856237. [5]

Lückoff, Finn and Sieber, Moritz and Paschereit, Christian Oliver and Oberleithner, Kilian (2019). Phase-Opposition Control of the Precessing Vortex Core in Turbulent Swirl Flames for Investigation of Mixing and Flame Stability. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power [6]

 

 

 

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