Durch eine detaillierte Analyse der Entropietransferfunktion mithilfe der Methoden der Systemidentifikation konnte ein verbesserter Einblick in die Transportmechanismen von Entropiewellen in einem perfekt durchmischten Drallbrenner gewonnen werden. Diese neuartige Methode, die bisher nur an laminaren Flammen validiert wurde, ist erstmalig für einen turbulenten Brenner mithilfe der Fluent Software implementiert. Ein rechnerisch simples „State Space Modell“ wurde für die Berücksichtigung von Advektion der Fluktuationen eingesetzt. Die chemischen Reaktionen der Verbrennung dagegen wurden mithilfe des „Static Gains“ integriert. Als Basis für die folgende Analyse, wurden zunächst die Strömungsfelder in Fluent mittels der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionstheorie simuliert und validiert. Die Entropietransferfunktion wurde durch eine Analyse der Sprungantwort bestimmt und somit konnten die Auswirkungen einer diabaten Randbedingung sowie den Einfluss der Diffusion ermittelt werden. Die realistische diabate Randbedingung führt zu einer Stauchung der Systemantwort, während die generelle Form dieselbe blieb. Aus der Analyse von laminarer, turbulenter Diffusion sowie der Kombination beider konnte geschlossen werden, dass laminare Diffusion im Gegensatz zu turbulenter Diffusion nur einen geringen Einfluss hat. Es hat sich herausgestellt, dass die gesamte Diffusion einen maßgeblichen Einfluss auf die Ausbreitung der Fluktuationen in die innere Rezirkulationszone hat. Ein Modellierungsansatz der Impulsantwort hat gezeigt, dass mehrere verschiedene Effekte superpositioniert vorliegen: der hauptsächliche Transport findet entlang der Hauptstromlinie durch einen der Rohrströmung ähnlichen Vorgang statt und dieser Teil der Antwort kann mit einer Gauß’schen Funktion beschrieben werden. Die advektive Dispersion war dabei hauptsächlich für die Verbreiterung der Sprungantwortsfront verantwortlich. Die Rückvermischung der inneren Rezirkulationszone konnte dem Tailing-Verhalten der Impulsantwort zugeordnet werden. Der Einfluss der Diffusion führte zu einer höheren Verteilung des Signals der Rohrströmung und einer verstärkten Rückvermischung in der inneren Rezirkulationszone.
function with an underlying basic approach known from system identification. This novel
method, so far only applied on laminar flames, is for the first time implemented on a turbulent burner using the Fluent software package. A computationally simple state space model
was applied to account for the advection of fluctuations while the combustion chemistry was
included via the static gain. To set a basis for the analysis, the simulation and validation of the
turbulent flow field for the burner setup was conducted by applying the probability density
function theory. The entropy transfer function was determined by analyzing the step response
of the system. Using this approach, the influence of a diabatic boundary condition as well as
the impact of diffusion could be evaluated. It was shown that the realistic diabatic boundary
condition for the fluctuations leads to a dampening of the response of the system, but does
not change its general properties. After an analysis of laminar, turbulent, and overall diffusion,
it was found that laminar diffusion has only a minor impact in contrast to turbulent diffusion.
The overall diffusion was found to be a major contributor to the penetration of fluctuations
into the inner recirculation zone. In an approach to model the impulse response of the system,
the data shows a superposition of multiple phenomena: most of the transport of the pertubation takes place similar to a 1D duct over the major streamline and the response can be
described with a Gaussian distribution. The phenomenon of advective dispersion was found
to be the main contributor to the distribution of the step response front. The tailing behavior
impulse response can be explained by the occurance of backmixing in the inner recirculation
zone. The influence of diffusion was narrowed down to a higher degree of distribution of the
signal in the 1D duct and more backmixing in the inner recirculation zone.
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Durch eine detaillierte Analyse der Entropietransferfunktion mithilfe der Methoden der Systemidentifikation konnte ein verbesserter Einblick in die Transportmechanismen von Entropiewellen in einem perfekt durchmischten Drallbrenner gewonnen werden. Diese neuartige Methode, die bisher nur an laminaren Flammen validiert wurde, ist erstmalig für einen turbulenten Brenner mithilfe der Fluent Software implementiert. Ein rechnerisch simples „State Space Modell“ wurde für die Berücksichtigung von Advek...
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