Mehrskalen-asymptotische Verfahren zur Kontrolle thermoakustischer Prozesse in Brennkammern

Abstract

Schadstoffreduzierung bei Verbrennungssystemen wie Haushaltsbrennern, Gasturbinen und Boiler erfolgt in den meisten Fällen durch vorgemischte Verbrennungsführung. Vormischflammen weisen jedoch ein wesentlich dynamischeres Verhalten auf als Diffusionsflammen, weshalb sich die bekannten Probleme thermoakustischer Schwingungen bei solchen Brennern verstärken. Für Kontrolle solcher Brennersysteme muss das Gesamtsystem Brennkammer / Brenner modelliert werden. Numerisch schwierig dabei ist, die verschiedenen Zeitskalen - Akustik, Strömung und Verbrennung - in einem Modell zu erfassen. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Verbrennungssimulation mit der Akustik der Brennkammer zu koppeln. Verwendete Verfahren sind die Mehrskalenasymptotik und Flammenverfolgungsalgorithmen. Durch diese niederdimensionale Modellierung kann ein direkter Zugriff auf die Akustik des Brennersystems gewonnen werden. Diese Schnittstelle wird dann zur Kontrolle der thermoakustischen Instabilitäten benutzt. Die Kontrollstrategie wird experimentell validiert. Am Verbrennungsversuchsstand wird dafür eine akustische Anregung als auch eine Anregung des Brennstoffmassenstroms vorgesehen.