Untersuchung des Einflusses von Einlassturbulenz auf die Strömung und Mischung in Gasturbinenbrennkammern

am Institut für Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme (STFS)

Bachelorthesis

Auch wenn die Elektrifizierung der Antriebe in der Luftfahrt in den kommenden Jahren insbesondere bei kleineren Flugzeugen eine immer wichtigere Rolle spielen wird, wird zum aktuellen Zeitpunkt bei Großraumflugzeugen nach wie vor noch auf Verbrennung gesetzt. Um den Einfluss auf das Klima zu verringern haben sich die Hersteller und Betreiber dazu verpflichtet, die Emissionen neuer Antriebe bis 2050 signifikant zu verringern

Um diese Ziele zu erreichen, wird bei der Entwicklung verstärkt auf die numerische Simulation der Verbrennungsprozesse im Inneren des Triebwerks gesetzt. Die Vorgabe von möglichst akkuraten Randbedingungen ist dabei essentiell, um valide Ergebnisse zu erhalten. Es ist bekannt, dass die Annahme von Turbulenz am Brennkammereinlass einen starken Einfluss auf die reaktive Strömung im Inneren hat. Daher muss in der Regel ein Großteil der Geometrie stromauf der Brennkammer mitsimuliert werden um repräsentative Bedingungen am Einlass der Brennkammer zu erhalten.

Um diesen numerischen Mehraufwand zu umgehen, wird oftmals künstliche Turbulenz am Einlass vorgegeben. Die in Kooperation mit Rolls-Royce Deutschland entwickelte Proper Orthogonal Decomposition Fourier Series (PODFS) Methode stellt eine besonders effiziente Variante für die Vorgabe der modellierten Turbulenz dar.

Im Rahmen der Bachelorarbeit soll untersucht werden, wie gut sich diese Methode eignet, um die Turbulenz verdrallter Strömungen, wie sie in Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen zu finden sind, zu modellieren. Außerdem soll untersucht werden, ob anstatt der modellierten Turbulenz die PODFS auch aus Simulationen extrahiert werden können. Damit wäre es möglich, hochaufgelöste Simulationen der turbulenten Strömung stromauf der Brennkammer unabhängig von der eigentlichen Simulation durchzuführen. Die daraus extrahierten Daten können dann als Randbedingung am Einlass für die eigentliche Simulation der Brennkammer verwendet werden. Die Arbeit findet in Kooperation mit Rolls-Royce Deutschland statt, die Simulationen werden mit dem Rolls-Royce inhouse Strömungslöser PRECISE-UNS durchgeführt.

Vorerfahrungen mit der Programmiersprache Python, das Arbeiten auf UNIX basierten Betriebssystemen sowie das Interesse und erste Erfahrungen mit numerischen Simulationen oder turbulenten Strömungen sind wünschenswert. Die Ergebnisse sind in geeigneter Form darzustellen, zu diskutieren und zu dokumentieren