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CompLex thErmoAcoustic iNteraction mEchanisms in spRay Flames in Low-nox Annular coMbustion chambErS

Projektbeschreibung

Sprühflammendynamik in Gasturbinenbrennkammern

Gasturbinen finden eine breite Anwendung bei der Stromerzeugung und in der Luftfahrt. Zunehmend strengere Emissionsvorschriften haben zu neuen Brennkammerkonstruktionen geführt, die mit einer geringen Brennstoffmenge betrieben werden können und so die Emission von Stickoxiden reduzieren. Diese neuen Konstruktionsdesigns und mageren Betriebsbedingungen begünstigen thermoakustische Instabilitäten. Dabei handelt es sich um gefährliche Schwingungen, die sich aus einer Resonanzkopplung zwischen der Verbrennung und den akustischen Modi eines Systems entwickeln. Diese Instabilitäten können zum mechanischen Versagen von Systemkomponenten führen und müssen vermieden werden. Das EU-finanzierte Projekt CLEANERFLAMES wird diese instabilen Verbrennungsphänomene im Anwendungsfall der Flüssigkraftstoffeinspritzung in der Form eines Sprays durch eine Kombination von experimentellen und numerischen Ansätzen untersuchen. Ein tieferes Verständnis wird die Systemkonzepte dahingehend unterstützen, dass Stabilität und Leistung des Motors verbessert werden.

Ziel

This project is focused on the fundamental problem of combustion dynamics that has many practical implications. It specifically considers annular systems like those used in land based gas turbines and aeroengines. The corresponding combustors feature new architectures that reduce pollutant NOx emissions to comply with increasingly stringent regulations. However, these new designs and the essentially lean premixed mode they employ also promote a resonant coupling between combustion and acoustic modes. These combustion instabilities have many detrimental effects leading in extreme cases to mechanical failure. Despite the large number of investigations concerning instabilities arising with premixed flames yet few are the studies dealing with cases where the fuel is injected as a spray. Furthermore, the limited availability of engine data is a further obstacle for these studies in a real combustor. The present project aims to fill this gap of knowledge by proposing combined numerical and experimental investigations on spray flame dynamics and spray flame coupling with azimuthal modes in annular systems. The project first focuses on the analysis of the nonlinear response of a single spray flame to incoming acoustic perturbations via Large Eddy Simulations. The study is then extended to a multiple swirl spray injector injector system to investigate the impact on the flame response of the interaction between multiple adjacent flames. Numerical results are compared with experiments carried out in unique facilities available at EM2C Laboratory including the annular MICCA-Spray combustor. Theoretical and numerical procedures involving advanced coupling of the combustor acoustics with the obtained flame responses are developed to predict the limit cycles observed during experiments. Finally, the combustion dynamics observed experimentally in a Safran Aircraft Engine combustor will be investigated to verify the transferability of the developed techniques to a full-scale system.

Koordinator

CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET DEFORMATION AVANCEE EN CALCUL SCIENTIFIQUE
Netto-EU-Beitrag
€ 184 707,84
Adresse
AVENUE G CORIOLIS 42
31057 Toulouse Cedex
Frankreich

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Region
Occitanie Midi-Pyrénées Haute-Garonne
Aktivitätstyp
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
Links
Gesamtkosten
€ 184 707,84