Experimental investigation of the impact of temperature stratification on the occurrence of a global mode in swirling jets undergoing vortex breakdown
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt hatte das Ziel, die Entstehung von dominanten Wirbelstrukturen in Drallströmungen experimentell zu untersuchen. Der Fokus lag dabei auf dem Einfluss von thermischen Schichtungen in der Strömung, wie sie bei der Verwendung in Gasturbinenbrennern auftreten. Die Untersuchungen fanden an einer generischen Strömungskonfiguration statt und wurden von einem parallel laufenden analytischen Forschungsprojekt begleitet. Obwohl die Untersuchungen nicht wie geplant durchgeführt werden konnten, wurde das in Verbrennungsexperimenten beobachtete Ausbleiben der dominanten Wirbelstrukturen in der generischen Strömung reproduziert und die zu Grunde liegenden strömungsdynamischen Mechanismen erfolgreich identifiziert. Die Grundlagenforschung an der generischen Strömung hat damit den Weg für weitere anwendungsnähere Forschungen im diesem Bereich geebnet, welche in einem bereits laufenden Projekt weitergeführt werden. Neben den Untersuchungen am Drallstrahl wurden im Zuge des Projektes neue Methoden zur Datenanalyse entwickelt, welche über das Projekt hinaus Anerkennung und Anwendung finden. Die Erweiterung einer gängigen Methode zur Identifizierung von dominanten Strukturen in Strömungsdaten erlaubt eine präzisere Trennung von simultan auftretenden Dynamiken in der Strömung, wodurch die zunehmend komplexeren und umfangreicher werdenden Daten aktueller Untersuchungen systematisiert werden können. Im aktuellen Projekt, aber auch in unabhängigen Untersuchungen wurden eindrücklich die Vorzüge der verbesserten Methodik und daraus resultierende neue Erkenntnisse gezeigt.
Publications
- Spectral proper orthogonal decomposition; Journal of Fluid Mechanics 792, 798-828
M Sieber, CO Paschereit, K Oberleithner
(See online at https://doi.org/10.1017/jfm.2016.103) - The impact of heating the breakdown bubble on the global mode of a swirling jet: Experiments and linear stability analysis; Physics of Fluids 28 (10), 104102
L Rukes, M Sieber, CO Paschereit, K Oberleithner
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4963274) - Advanced identification of coherent structures in swirl-stabilized combustors; Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 139 (2), 021503
M Sieber, CO Paschereit, K Oberleithner
(See online at https://doi.org/10.1115/1.4034261) - Measurement of the fluctuating temperature field in a heated swirling jet with BOS tomography; Experiments in Fluids 58 (7), 88
HM Lang, K Oberleithner, CO Paschereit, M Sieber
(See online at https://doi.org/10.1007/s00348-017-2367-1) - Transient evolution of the global mode in turbulent swirling jets: experiments and modal stability analysis; European Journal of Mechanics-B/Fluids 65, 98-106
L Rukes, M Sieber, CO Paschereit, K Oberleithner
(See online at https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2017.02.010) - Experimental Study of Transient Mechanisms of Bistable Flame Shape Transitions in a Swirl Combustor; Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 140 (1), 011503
M Stöhr, K Oberleithner, M Sieber, Z Yin, W Meier
(See online at https://doi.org/10.1115/1.4037724)
