Numerical Analysis of the Flame Dynamics and Combustion Instabilities of Premixed Flames

Das mager vorgemischte Verbrennungsregime ist anfällig für Verbrennnungsinstabilitäten. Dabei entstehen durch eine sich verstärkende Interaktion der unstetigen Wärmefreisetzung der Flamme mit der Akustik der Brennergeometrie hohe Druckschwankungen, die unter anderem zur Beschädigung der Brennkammer führen können. Gegenstand dieser Arbeit ist die Beantwortung offener Fragen hinsichtlich des Einflusses von geometrischen Details des Brenners auf die Flammendynamik und der damit verbundenen Verbrennungsinstabilitäten. Dazu werden mager vorgemischte Flammen numerisch untersucht, indem die Navier-Stokes Gleichungen in Grobstruktursimulationen gelöst werden, die ein Finite-Volumen Verfahren verwenden. Der Finite-Volumen-Löser ist mit einem lösungsadaptiven Level-Set-Löser gekoppelt, der für die Modellierung des Verbrennungsprozesses eingesetzt wird. Die Flammendynamik und die Verbrennungsinstabilitäten einer turbulenten Strahlflamme und mehrerer turbulenter Drallflammen werden analysiert. Durch die Ergebnisse wird unter anderem eine Sensitivität von Verbrennungsinstabilitäten hinsichtlich einer asymmetrischen Ummantelung der Flamme durch die Brennkammer deutlich, was auf eine Abhängigkeit des Stabilitätsverhaltens des Brenners von der Position der Flamme in der Brennkammer schließen lässt.