Ein Beitrag zur Vorausberechnung des akustischen Stabilitätsverhaltens von Gasturbinen-Brennkammern mittels theoretischer und experimenteller Analyse von Brennkammerschwingungen:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Ein Beitrag zur Vorausberechnung des akustischen Stabilitätsverhaltens von Gasturbinen-Brennkammern
Autor: Deuker, Eberhard
Jahr: 1995
V Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 1 1.1 Technischer Hintergrund zu der Aufgabenstellung 1 1.2 Begriffsklärungen und Erläuterung des Phänomens selbsterregter 2 akustischer Schwingungen 1.3 Zielsetzung und Konzeption dieser Arbeit 3 2. Literaturübersicht 5 2.1 Untersuchungen zum Stabilitätsverhalten von Feuerungsanlagen 6 2.2 Untersuchungen zum dynamischen Flammenverhalten 7 3. Akustische Modellentwicklung zur Berechnung des Stabilitäts- 13 Verhaltens einer Brennkammer 3.1 Akustische Grundlagen 13 3.1.1 Die Leitungsgleichungen 16 3.1.2 Berücksichtigung von Verlusten durch Dissipation in Rohrleitungen 19 3.2 Beschreibung des dynamischen Flammenverhaltens 23 3.3 Die Vierpoltheorie in der Akustik 29 3.3.1 Analytische Gleichungen zur Beschreibung einfacher akustischer 30 Übertragungsstrecken 3.3.2 Abschlußbedingungen 33 3.4 Stabilitätskriterien 37 3.4.1 Das Rayleigh-Kriterium 37 3.4.2 Regelungstechnischer Ansatz 38 3.4.3 Eigenwertanalyse und Deutung komplexer Frequenzen 38 3.4.4 Eine neue Methode zur akustischen Stabilitätsanalyse mit Hilfe 40 des Nyquist-Kriteriums 4. Anwendung des Modells auf das Rijke-Rohr 43 4.1 Das Rijke-Phänomen 43 4.1.1 Thermoakustische Eigenschaften des Heizgitters 44 4.2 Berechnung des Stabilitätsverhaltens und Vergleich mit Ergebnissen 47 aus der Literatur 5. Stabilitätsuntersuchungen an einem Versuchsbrenner 58 5.1 Versuchskonzeption 58 5.1.1 Aufbau des Versuchsstandes 59
VI Inhaltsverzeichnis (Fortsetzung) Seite 5.1.2 Systematik der Versuche 65 5.2 Darstellung der experimentellen Ergebnisse 66 5.2.1 Beschreibung der typischen Brennereigenschafiten 66 5.2.2 Veränderungen der Flammrohrgeometrie 69 5.2.3 Veränderung des Zuströmgehäuses 74 5.3 Anwendung des akustischen Modells auf den Versuchsbrenner 78 5.3.1 Modellierung des Versuchsbrenners 78 5.3.2 Vergleich von experimentellen und rechnerischen Ergebnissen 80 5.3.3 Einfluß des Flammenfrequenzgangs 92 6. Ein Finite-Elemente-Programm zur mehrdimensionalen Berechnung der 97 Schallausbreitung 6.1 Beschreibung des Algorithmus 98 6.2 Darstellung der Ergebnisse 106 7. Numerische Simulation des dynamischen Flammenverhaltens 111 7.1 Erhaltungsgleichungen zur Beschreibung von Verbrennungsvorgängen 112 7.2 Verbrennungsmodell 118 7.3 Bestimmung des Frequenzgangs durch Transformation in den 121 Frequenzbereich 7.4 Darstellung und Bewertung der Ergebnisse 126 7.4.1 Stationäre Rechnung 126 7.4.2 Instationäre Rechnung 127 7.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick auf 132 weiterführende Arbeiten 8. Zusammenfassung und Ausblick auf weiterführende Forschungsarbeiten 134 9. Anhang 137 Anhang 1: Vergleich der komplexen Schreibweise für akustische Großen 137 mit der Darstellung durch trigonometrische Funktionen Anhang 2: Ausformulierung der FEM-Gleichungen für ein finites Element 139 10. Literaturverzeichnis 142
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