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Taming Combustion Instabilities by Design Principles

Projektbeschreibung

Konstruktionsprinzipien zur Überwindung von Verbrennungsinstabilitäten

Die Energie- und Luftfahrtindustrie ist auf Gasturbinen angewiesen, aber Verbrennungsinstabilitäten stellen eine Herausforderung für die Entwicklung einer neuen Generation sicherer und emissionsarmer Gasturbinen dar. Das EU-finanzierte Projekt TACOS wird dieses Problem mit innovativen, physikalisch begründeten Konstruktionsprinzipien angehen, die auf den neuesten theoretischen Erkenntnissen beruhen. Es wird sich auf die jüngste Entdeckung der Verbrennungsgemeinschaft von Ausnahmepunkten stützen, die kontraintuitive physikalische Eigenschaften aufweisen, die für die Kontrolle der Brennerstabilität gut geeignet sind. Vorläufige Ergebnisse verdeutlichten, dass Ausnahmepunkte die Brennkammer schnell von einem instabilen in einen stabilen Zustand versetzen können und über die Akustik der Kammer und das Flammenverhalten steuerbar sind. Insgesamt zielt das Projekt darauf ab, neue Forschungswege zu erschließen und die Entwicklung sicherer und sauberer Gasturbinen zu begünstigen.

Ziel

"Both, the energy and aviation sector rely on gas turbines, a combustion system continuously optimized since its invention during World War II. They constitute a main pillar for tomorrows energy and aviation mix to tackle climate change. However, fuel flexibility is stretched to its limits for conventional combustor designs: combustion instabilities hinder a new generation of safe and low-emission gas turbines. This calls for disruptive design approaches to enforce crucially needed step-change technologies. The overarching aim of TACOS is to break the bottleneck of combustion instabilities by novel, physics-driven design principles based on latest theoretical findings: the combustion community -including myself- has discovered ""exceptional points"" (EPs), which are known from theoretical physics to feature intriguing, counter-intuitive physical properties. Our preliminary results confirm that EPs (i) rapidly switch the combustor stability from unstable to stable and (ii) are well-controllable by both the acoustics of the chamber and the flame characteristics. TACOS takes a leap forward and exploits the unique properties of EPs for the conception of novel combustors by 3 objectives: (A) tailor the characteristics of both gaseous (land-based gas turbines) and spray flames (aeroengines) by carbon-free fuels (hydrogen+ammonia) and sustainable aviation fuels; (B) optimize simultaneously the emission rates and the stability of the combustion chamber by designing the combustor close to the EP; and (C) quantify the design robustness by experiments at atmospheric and high-pressure conditions to learn design principles by explainable machine learning methods. As a result, TACOS will not only produce an unprecedented, computer-aided and optimization-centric design software for safe, robust and clean gas turbines, but will also open a new research field on design principles and amplify fundamental breakthroughs in CI research."

Programm/Programme

Gastgebende Einrichtung

TECHNISCHE UNIVERSITAT BERLIN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 499 993,00
Adresse
STRASSE DES 17 JUNI 135
10623 Berlin
Deutschland

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Region
Berlin Berlin Berlin
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 499 993,00

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