TP-Leiter:
Prof. Dr. rer. nat. Julius Reiss (mail)

WM:  Mario Sroka, M.Sc. (mail)
Tel.   (030) 314 21131

Der Einfluss verschiedener Betriebsbedingungen auf die detonative Verbrennung und deren Initiierung wird untersucht. Dabei ist insbesondere die Zuverlässigkeit der Transition von der Deflagration zur Detonation zu untersuchen, um einen zuverlässigen Betrieb in einer Turbine sicher stellen zu können. Um die Abhängigkeit des Prozesses von verschieden Betriebsbedingungen simulieren zu können müssen die Einflüsse in der Modellierung der Thermodynamik und Kinetik erfasst werden. Dies geschieht über die Verwendung von nicht-konstanten Wärmekapazitäten und einer Mehrschrittkinetik, wodurch auch die Vorhersagequalität gesteigert wird.

Numerische Untersuchung der Physik von druckerhöhenden, pulsierenden Verbrennungen

TP-Leiter:
Prof. J. Sesterhenn (mail)

Ziel des Teilprojekts ist die detaillierte Untersuchung der Physik von druckerhöhenden, pulsierenden Verbrennungen in "Pulsed Detonation Combustors" und "Shockless Explosion Combustors" mit Hilfe numerischer Verfahren. Im Rahmen des Projekts wird mittels hochauflösenden Simulationen und Da­tenassimilationen Einblick in die strömungsmechanischen Vorgänge in entsprechenden Brennkam­mern gegeben. Das Projekt untersucht die Befüllung der Brennkammern und einzelne systemrele­vante Phänomene im Detail, um den Gesamtprozess zu stabilisieren und zu verbessern.

In dem Projekt sollen verschiedene Aspekte der Deflagration zu Detonation Transition (DDT) untersucht werden. Ein wichtiger Aspekt ist die Richtmyer-Meshkov-Instabilität. Diese Instabilität tritt auf, wenn die Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlich dichten Medien durch einen Stoß gestört wird.

Mit dem neuen Code wurde eine Richtmyer-Meshkov-Instabilität mit und ohne Verbrennung simuliert. Die Trennfläche zwischen kalt (gelb) und heiß (schwartz) wird durch die Instabilität deformiert und es bildet sich die für die Richtmyer-Meshkov-Instabilität typische Pilzform aus.

Die Abbildung zeigt auf der linken Seite die Instabilität ohne und rechts mit Verbrennung. Die oberen Bilder stellen die Dichte dar, während unten die Wirbelstärke zu sehen ist. Durch die Verbrennung sind wesentlich weniger kleine Strukturen in der Dichte zu beobachten. Ein Vergleich mit der Wirbelstärke zeigt jedoch, dass die turbulenten Strukturen auch mit Verbrennung vorhanden sind.

Weitere Teilaspekte der DDT sowie eine Simulationm des vollen Brennrohrs sollen im Laufe des Projekts untersucht werden, um so zu einem besseren Verständnis und damit zu einer funktionierenden Brennkammer beizutragen.  

Bengoechea, S., L. Stein, J. Reis and J. Sesterhenn. Numerical investigation of reactive and non-reactive Richtmeyer-Meshkov instabilities. In R. King, ed., Active Flow and Combustion Control 2014, vol 127 of NNFM, 343-361. Springer International Publishing, 2015.

Bengoechea, S., Gray, J. A., Reiss, J., Moeck, J. P., Paschereit, O. C. and Sesterhenn, J. Detonation initiation in pipes with a single obstacle for mixtures of hydrogen and oxygen-enriched air. Combustion and Flame, 290–304, 2018.

Gray, J. A. T., Lemke, M., Reiss, J., Paschereit, C. O., Sesterhenn, J., & Moeck, J. P. (2017). A compact shock-focusing geometry for detonation initiation: Experiments and adjoint-based variational data assimilation. Combustion and Flame, 183, 144-156. DOI: 10.1016/j.combustflame.2017.03.014

Lemke, M., A. Miedlar, J. Reiss, V. Mehrmann und J. Sesterhenn: Model Reduction of Reactive Processes. In: King, R. (Hrsg.): Active Flow and Combustion Control 2014, Bd. 127 d. Reihe Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, S. 397–413. Springer International Publishing, 2015.

Lemke, M., J. Reiss und J. Sesterhenn: Adjoint-based analysis of thermoacoustic coupling. AIP Conference Proceedings, 1558(1):2163–2166, 2013.

Lemke, M., J. Reiss und J. Sesterhenn: Adjoint based optimisation of reactive compressible flows. Combustion and Flame, 161(10):2552 – 2564, 2014.

Lemke, M., C. Westphal, J. Reiss und J. Sesterhenn: Adjoint Based Data Assimilation of Sound Sources. In: Becker, S. (Hrsg.): Fortschritte der Akustik - DAGA 2015, S. 635–638. DEGA, 2015.

Reiss, J., Schulze, P., Sesterhenn, J. and Mehrmann, V. (2018). The Shifted Proper Orthogonal Decomposition: A Mode Decomposition for Multiple Transport Phenomena. SIAM Journal on Scientific Computing, A1322-A1344.

Schulze, P., J. Reiss und V. Mehrmann. Model reduction for a pulsed detonation combuster via shifted proper orthogonal decomposition. In Active Flow and Combustion Control 2018, Springer International Publishing, S. 271–286, 2019.

Sroka, M., Engels, T., Krah, P., Mutzel, S., Schneider, K. and Reiss, J. (2019). An Open and Parallel Multiresolution Framework Using Block-Based Adaptive Grids. Active Flow and Combustion Control 2018, 305–319.