Numerische Simulation turbulenter vorgemischter Verbrennungssysteme: Entwicklung und Anwendung eines RANS-basierten Gesamtmodells

In der folgender Arbeit wurde ein Gesamtmodel zur Simulation der turbulenter Vormischverbrennung unter der Gasturbinen typischen 3-D Bedingungen entwickelt und untersucht. Der Augenmerk wurde auf die Beschreibung des Post-Flammenbereiches gerichtet. Das Modell wurde in RANS-Kontext formuliert. Folgende Teilmodelle wurden dabei kombiniert: Die Modellierung der vorgemischten Flammenausbreitung innerhalb der turbulenter Umgebung wurde über das G-Gleichungsmodell realisiert und für den Fall der Teilvormischverbrennung erweitert. Dabei wurde das G-Gleichungsmodell mit dem Mischungstransport gekoppelt, um die von der Äquivalenzrate abhängige laminare Brenngeschwindigkeit zu bestimmen. Die Beschreibung des Transports der Flammenfront wurde über die Level-set-Methode realisiert. Die Speziesverteilung im Postflammen Bereich wurde durch Kopplung des G-Gleichungsmodells sowohl mit Gleichgewichtschemie als auch durch die Konditionierung der Reaktionsfortschrittsvariablen (ILDM-Chemiemechanismus) auf die Flammenfront untersucht, wobei auch die kinetische Effekte berücksichtigt werden können. Die Turbulenz-Chemie Interaktion wurde mit Hilfe der Methode angenommener Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion beschrieben. Der Einfluss gekühlter Wände auf Temperatur- und Speziesverteilung in den Brennkammern kann durch das Strahlungsmodell berücksichtigt werden. Das in dieser Arbeit implementierte SPn-Modell beinhaltet wellenlänge- und gasmischungsabhängige Absorptionskoeffitienten. Wird die Strahlung durch Rußpartikel beeinflusst, kann das durch zusätzliche Absorptionskoeffitienten, die aus integrierten Rußmodell folgen, berücksichtigt werden. Das vorgestellte Gesamtmodell wurde in einem komplexen dreidimensionalen CFD-Code mit flexible Geometrie integriert und anhand zwei Konfigurationen getestet