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Hybride numerische Simulation von Verbrennungslärm und thermoakustischen Instabilitäten in technischen Verbrennungssystemen

Klenke, Timo Christian :
Hybride numerische Simulation von Verbrennungslärm und thermoakustischen Instabilitäten in technischen Verbrennungssystemen.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2017)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Hybride numerische Simulation von Verbrennungslärm und thermoakustischen Instabilitäten in technischen Verbrennungssystemen
Language: German
Abstract:

Ziel dieser Arbeit ist ein industriell anwendbares numerisches Gesamtmodell für die Berechnung von Verbrennungslärm zu finden, das zusätzlich eine Vorhersage von thermoakustischen Instabilitäten sowie die akustischen Rückwirkungen auf eine reagierende Umgebung in eingeschlossenen, technischen Verbrennungssystemen abbilden kann. Die Simulation der reagierenden Strömung in den berechneten technischen Verbrennungssystemen basiert in dieser Arbeit auf einer inkompressiblen Grobstruktursimulation, welche für die Abbildung der chemischen Reaktionen einen Flamelet Generated Manifolds-Ansatz (FGM) aus dem Gebiet der tabellierten Chemie verwendet. Für die Berechnung des verbrennungsinduzierten Schallfeldes werden aus der Grobstruktursimulation thermoakustische Quellterme und strömungsmechanische Größen an eine simultane, mit der Grobstruktursimulation verbundene, numerische Akustikberechnung aus dem Bereich der Computational Aeroacoustic (CAA) übertragen. Auf Basis der linearisierten Eulergleichungen wird in der CAA die akustische Wellenausbreitung berechnet. Das so entstandene Methode wird als hybride LES/CAA-Methode bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurde die inkompressible Grobstruktursimulation mit dem In-House Strömungslöser PRECISE-UNS der Firma Rolls-Royce durchgeführt und mit dem akademischen Aeroakustiklöser PIANO-5.5 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zu einem hybriden Berechnungsverfahren gekoppelt. Die verwendete Schnittstelle zwischen den beiden Programmteilen wurde in dieser Arbeit erweitert, um eine Rückkopplung von akustischen Signalen in den Strömungslöser PRECISE-UNS zu integrieren. Mit Hilfe dieser Erweiterung und der Rückkopllung von akustischen Druckschwankungen wurde eine akustisch, motivierte Geschwindigkeitsfluktuation auf das inkompressible Geschwindigkeitsfeld der Strömunsgsimulation überlagert, mit welcher es ermöglicht wurde eine Vorhersage von geometrieabhängigen thermoakustischen Instabilitäten zu geben.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The aim of this study is to find an industrially applicable numeric model for the calculation of combustion noise , which can also represent a prediction of thermoacoustic instabilities and acoustic effects on a responsive environment in enclosed , technical combustion systems. The simulation of the reacting flow in the calculated technical combustion systems based in this work on an incompressible reacting large eddy simulation (LES) which uses for representation of the chemical reactions a Flamelet Generated Manifolds approach ( FGM ) from the field of tabulated chemistry. For the calculation of the combustion induced noise field thermoacoustic source terms and flow field properties extracted from the large eddy simulation and coupled to the computational aero acoustic code simultaneously to simulate the acoustic wave propagation. In this approach the acoustic wave propagation will be calculated with the linearized euler equations. The resulting approach is a so called hybrid LES/CAA method. In this study the In-House CFD code PRECISE-UNS from the Rolls-Royce company were used for the large eddy simulation and coupled with the academic CAA code PIANO-5.5 from the german aerospace center (DLR) to a hybrid simulation method. The interface between both codes were adjusted and optimized for the realisation of an acoustic feedback loop. With the expansion and the feedback loop of acoustic pressure fluctuations an acoustically motivated flow velocity perturbation was superimposed on the incompressible velocity field of the flow simulation. With this hybrid simulation method it was made possible to give a prediction of geometry-dependent thermoacoustic instabilities.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Energy and Power Plant Technology (EKT)
Date Deposited: 27 Feb 2017 13:19
Last Modified: 27 Feb 2017 13:19
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-60226
Referees: Janicka, Prof. Dr. Johannes and Paschereit, Prof. Dr. Christian Oliver
Refereed: 15 November 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/6022
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