Numerical Analysis of Sound Generation in Lean Premixed Combustion

Die Vermeidung thermoakustischer Instabilitäten in Gasturbinen erfordert die Kenntnis der akustischen Quellen des reagierenden Strömungsfeldes. Diese akustischen Quellen werden in der vorliegenden Arbeit für verschiedene mager vorgemischte Flammen mittels eines Zweischritt-Ansatzes numerisch untersucht. Im ersten Schritt werden die Erhaltungsgleichungen für ein reagierendes kompressibles Fluid gelöst. Diese Lösung wird verwendet, um die akustischen Quellterme der akustischen Störgleichungen (acoustic perturbation equations, APE) zu berechnen. Im zweiten Schritt werden die Einflüsse der einzelnen Quellen auf das akustische Feld durch die Lösung der APE in einer numerischen Aeroakustiksimulation analysiert. Für verschiedene laminare sowie turbulente Flammen wird gezeigt, dass neben der instationären Wärmefreisetzungsrate weitere Effekte, die durch die Interaktion von Geschwindigkeitsschwankungen mit der Flammenfront auftreten, als akustische Quellen berücksichtigt werden müssen, um das Drucksignal akkurat vorhersagen zu können.