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Modellierung und Kontrolle von Verbrennungsinstabilitäten
Thermoakustische Instabilitäten entstehen durch die Rückkopplung zwischen einer Quelle instationärer Wärmefreisetzung und dem akustischen Feld in einem Resonanzkörper. Unter bestimmten Bedingungen können sich die beiden Mechanismen gegenseitig verstärken, und es entstehen hochamplitudige Schwingungen der Systemvariablen. Dieses Phänomen ist seit den letzten 20 Jahren ein besonders ernst zu nehmendes Problem bei der Verbrennung in stationären Gasturbinen zur Stromerzeugung. Hier spricht man auch von Verbrennungsinstabilitäten. Im schlimmsten Fall kommt es zur Zerstörung der Maschine. Auch wenn dieser extreme Fall nicht eintritt, wird der Betriebsbereich durch die Verbrennungsschwingungen eingeschränkt, so dass optimale Wirkungsgrade und niedrige Emissionswerte nicht eingehalten werden können.
Neben passiven Methoden zur Kontrolle von Verbrennungsinstabilitäten, wie z.B. Helmholtz Resonatoren, können auch aktive Verfahren eingesetzt werden. Verschiedene Regelkonzepte werden am Fachgebiet entwickelt und an den Verbrennungsprüfständen umgesetzt. Das Bild rechts zeigt die Anwendung eines adaptiven Regelverfahrens im Experiment.
Da die Brennkammern in modernen Gasturbinen eine annulare Geometrie aufweisen, ergeben sich bedeutende Unterschiede, insbesondere im Hinblick auf die akustischen Moden, zu Einzelbrenner-Prüfständen. Um zum Verständnis thermoakustischer Instabilitäten in Ringgeometrien beizutragen und auch für diesen Fall Kontrollverfahren zu entwickeln, untersuchen wir eine generische Modellkonfiguration - ein annulares Rijke Rohr.