Verbrennung

Simulation von Verbrennungsprozessen

Auf dem Gebiet der Verbrennung wird mit international führenden Gruppen zusammengearbeitet, u.a. der University of Utah, der Chalmers University (Göteborg), dem CIEMAT (Madrid) und Sandia (Livermore). Im Detail wurden und werden die folgenden Aspekte behandelt.

Numerische Verfahren zur Darstellung von großskaligen Flammenfronten und der Modellierung von turbulenten Brenngeschwindigkeiten

[1] Schmidt, H. and Klein, R. (2003). A generalized level-set/in-cell-reconstruction method for accelerating turbulent premixed flames. Combustion Theory and Modelling, 7 (2). 243-267(25).

[2] Schmidt, H. und Klein, R. (2005). Flexible flame structure modelling in a Flame Front Tracking Scheme, Analysis and Numerics for Conservation Laws, Editor G. Warnecke, Springer-Verlag Berlin Heidelberg

[3] Schmidt, H. and Oevermann, M. and Münch, M. and Klein, R. (2006). Flame front capturing/tracking schemes for compressible and incompressible reactive flow. TU Delft, The Netherlands , Proceedings of the European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECCOMAS CFD). ISBN 90-9020970-0

[4] Schmidt, H., Veynante, D., and Klein, R. (2007). A Modular Two Scale Capturing/Tracking Scheme for Turbulent Premixed Flames, Proc. of the 21th Intl. Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS), pp. 1-5, Poitiers, France 

Thermoakustische Instabilitäten in Brennersystemen

Moderne stationäre Gas​tur​binen sind anfällig für thermoakustische Instabilitäten, welche starke Materialbelastungen verursachen können. Die Schwingungen entstehen durch eine subtile Interaktion von Schwankungen der Wärmefreisetzung und Druckwellen in der Turbine.

[5] Moeck, J., Schmidt, H., Oevermann, M., Paschereit, O. C., and Klein, R. (2007). An asymptotically motivated hydrodynamic-acoustic two-way coupling for modeling thermoacoustic instabilities in a Rijke tube, Fourteenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV14), ISBN 978 0 7334 2516 5, No. 121, 1-9, Cairns, Australia

[6] Moeck, J. and Oevermann, M. and Klein, R. and Paschereit, O. C. and Schmidt, H. (2009) A two-way coupling for modeling thermoacoustic instabilities in a flat flame Rijke tube. , Proc. Combust. Inst. 32, 1199-1207

OH-Chemilumineszenz und Wärmefreisetzung

Die Wärmefreisetzung bei der Verbrennung kann nur indirekt gemessen werden. OH-Chemilumineszenz von OH-Radikalen kann z.B. alternativ gemessen werden. Numerische Simulationen zeigen allerdings, dass bei Druckanregung die Signale von Wärmefreisetzung und die OH-Chemilumineszenz stark frequenzabhängig ragieren und nicht immer in Phase sind. Dies erschwert die Auslegung von Kontrollstrategien zur Beherrschung thermoakustischer Instabilitäten.

[7] Schmidt, H., Jimenez, C. (2010). Numerical study of the direct pressure effect of acoustic waves in planar premixed flames, Combustion and Flame, 157, 1610-1619

[8] Jimenez, C., J. Quinard, J. Grana-Otero, C., H. Schmidt, G. Searby (2012). Unsteady response of hydrogen and methane flames to pressure waves. Combustion and Flame, 159, 1894-1908

[9] Jozefik, Z., Jimenez, C., Schmidt, H. (2012). Detailed numerical simulation of forced planar premixed hydrocarbon flames. 12th CMFF, September 04-07, 2012, Budapest

Kompressible turbulente Verbrennung

[10] Jozefik, Z., Kerstein, A.R., Schmidt, H. (2014). Towards a compressible reactive multi-scale approach based on One-Dimensional Turbulence, In Springer Series: Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, 127, R. King (Ed.) Active Flow and Combustion Control 2014

[11] Jozefik, Z., , Kerstein, A.R., Schmidt, H. (2015). Incorporation of acceleration effects into the one-dimensional-turbulence model, with application to turbulent combustion and shock-turbulence interactions, 15th European Turbulence Conference, 25-28 August, 2015, Delft, The Netherlands

[12] Jozefik, Z., , Kerstein, A.R., Schmidt, H. (2016). Simulation of shock–turbulence interaction in non-reactive flow and in turbulent deflagration and detonation regimes using one-dimensional turbulence, Combustion and Flame, 164, 53-67

Turbulente Gegenstromflammen

[13] Z. Jozefik, A. R. Kerstein, H. Schmidt, S. Lyra, H. Kolla, J. H. Chen (2015). One-dimensional turbulence modeling of a turbulent counterflow flame with comparison to DNS, Combustion and Flame, 62, 2999-3015

[14] Jozefik, Z., Kerstein, A., R. Schmidt, H. (2014). ODT modeling of a counterflow flame under intense turbulence and strain with comparison to DNS, Twelfth International Workshop on Measurement and Computation of Turbulent Flames, Pleasanton, California, July, 2014

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