2020-07-01  –  2025-05-30

194.025,00 EUR

Technische Universität München - Fakultät für Maschinenwesen - Institut für Energietechnik - Lehrstuhl für Thermofluiddynamik, Garching b. München, Bayern

03EE5041F

Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]

01213211/1  –  InnoTurbinE - Innovative Turbomaschinen für nachhaltige Energiesysteme

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Gestufte Verbrennungssysteme ('distributed combustion systems' – DCS, auch 'reheat combustion' oder 'axially staged combustion' – ACS) haben bereits unter Beweis gestellt, dass sie hinsichtlich Brennstoff- und Lastflexibilität als auch hinsichtlich NOx- und CO-Emissionen bedeutende Vorteile bieten. Insbesondere wurde gezeigt, dass hohe Anteile von Wasserstoff im Brenngas über einen weiten Lastbereich ohne Flammenrückschlag realisiert werden können. Allerdings wurde unter bestimmten Bedingungen das Auftreten hochfrequenter thermoakustischre Instabilitäten ('high frequency dynamics' – HFD) beobachtet. Solche Instabilitäten können den Betriebsbereich einschränken, die Emissionen erhöhen oder gar zu Schäden an der Struktur der Brennkammer führen. Die Wirkmechanismen tief und mittelfrequenter thermoakustischer Instabilitäten vorgemischter (Drall-) Flammen wurden bereits umfassend untersucht. Die Mechanismen von HFD in DCS Brennkammern sind hingegen trotz intensivierter Anstrengungen in der jüngeren Vergangenheit noch nicht zuverlässig verstanden. Es ist allerdings davon auszugehen, dass sie sich zum Teil von den bekannten Mechanismen unterscheiden. Dem entsprechend ist es noch nicht möglich, das Auftreten von HFD zuverlässig vorherzusagen bzw. wirksame Gegenmaßnahmen zu implementieren. Für die übergeordneten Ziele des AP 1 'H2 in Gasturbinen' des Verbundprojektes 'InnoTurbineE' resultiert aus dieser Situation eine beträchtliche Herausforderung. Ziel des Teilvorhabens AP1.3 ist die Simulation und Vorhersage von hochfrequenten Verbrennungsinstabilitäten mittels Grobstruktursimulation ('large eddy simulation' – LES). Die nachfolgende sorgfältige und umfassende Analyse der Simulationsdaten hat zum Ziel, die bei HFD relevanten thermoakustischen Wirkmechanismen zu identifizieren und zu quantifizieren. Darauf aufbauend sollen ordungsreduzierte Modelle der thermoakustischen Stabilität konzipiert, implementiert und validiert werden.