Thermoacoustic instabilities are a critical problem in the development of lean premixed combustion systems. Coupling between acoustic perturbation, unsteady heat release rate and temperature inhomogeneities may lead to instabilities, which are detrimental for combustor lifespan and cycle operability. This work focuses on the 1-D network model approach, which is proved to correctly predict the unstable acoustic modes of complex combustion systems. The thesis first focuses on the analytical aspects of the jump conditions and, in particular, the physical mechanisms to be considered when treating the heat source as a compact discontinuity. Indeed, premixed flames and heat exchangers are based on different heat release mechanisms and need to be treated differently in an acoustic network. Linear 1-D acoustic relations are derived for moving heat sources (e.g. premixed flame) and heat sinks at rest (e.g. heat exchangers). By means of these equations, the relations between upstream velocity, air/fuel ratio perturbations, unsteady heat release rate and downstream acoustics and entropy generation have been clarified. The second part of this thesis is specifically focused on the acoustic behavior of a real-life heat exchanger. Similarly to flames, heat sinks can also trigger thermoacoustic instability effects, since they exhibit unsteady heat transfer rate in presence of acoustic perturbations. First, numerical study of a real-life heat exchanger is carried out, in order to analyze the impact of the unsteady heat release rate and the geometry on the total scattering behavior. Finally, a thermoacoustic system featuring a 2D flame and a cold heat exchanger in cross-flow is investigated numerically.     «

Thermoacoustic instabilities are a critical problem in the development of lean premixed combustion systems. Coupling between acoustic perturbation, unsteady heat release rate and temperature inhomogeneities may lead to instabilities, which are detrimental for combustor lifespan and cycle operability. This work focuses on the 1-D network model approach, which is proved to correctly predict the unstable acoustic modes of complex combustion systems. The thesis first focuses on the analytical...     »

Thermoakustische Instabilitäten sind ein entscheidendes Problem bei der Entwicklung vorgemischter Magerverbrennungssysteme. Die gegenseitige Wechselwirkung zwischen akustischen Störungen, schwankender Wärmefreisetzungsrate und Temperaturinhomogenitäten kann zu Instabilitäten führen, welche abträglich für die Lebensdauer und Funktionsfähigkeit eines Verbrenners sind. Diese Arbeit konzentriert sich auf den Ansatz mittels eines eindimensionalen Netzwerkmodells, wobei bewiesen wird dass dieser die instabilen akustischen Moden komplexer Verbrennungssysteme richtig vorhersagt. Die Arbeit fokussiert sich zunächst auf die analytischen Aspekte der Sprungstellen und insbesondere auf die physikalischen Vorgänge, die bei der Behandlung der Wärmequelle als kompakte Unstetigkeit in Betracht gezogen werden müssen. Tatsächlich basieren vorgemischte Flammen und Wärmetauscher auf verschiedenen Mechanismen der Wärmefreisetzung und müssen in einem akustischen Netzwerk unterschiedlich behandelt werden. Sowohl für sich bewegende Wärmequellen (z.B. vorgemischte Flammen), als auch für ruhende Wärmesänke (z.B. Wärmetauscher) werden lineare eindimensionale akustische Relationen hergeleitet. Mit Hilfe dieser Formeln wurde die Beziehung zwischen Austrittsgeschwindigkeit, Schwankungen im Luft/Kraftstoff Verhältnis, schwankender Wärmefreisetzungsrate, rückströmender akustischer Störungen und Entropieerzeugung geklärt. Der zweite Teil dieser Arbeit fokussiert sich spezifisch auf das akustische Verhalten real existierender Wärmetauscher. ähnlich wie Flammen können auch Wärmesenken thermoakustische Instabilitäten herbeiführen, da auch bei diesen die Wärmefreisetzung durch den Einfluss akustischer Störungen schwankt. Zunächst wird ein real existierender Wärmetauscher mit numerischen Methoden studiert. Das Ziel dieser Studie ist den Einfluss einer schwankenden Wärmeübertragung und der Geometrie auf das gesamte Streuverhalten zu analysieren. Abschließend wird ein thermoakustisches System mit einer zweidimensionalen Flamme und ein kalter Wärmetauscher mit Querströmung numerisch untersucht.      «

Thermoakustische Instabilitäten sind ein entscheidendes Problem bei der Entwicklung vorgemischter Magerverbrennungssysteme. Die gegenseitige Wechselwirkung zwischen akustischen Störungen, schwankender Wärmefreisetzungsrate und Temperaturinhomogenitäten kann zu Instabilitäten führen, welche abträglich für die Lebensdauer und Funktionsfähigkeit eines Verbrenners sind. Diese Arbeit konzentriert sich auf den Ansatz mittels eines eindimensionalen Netzwerkmodells, wobei bewiesen wird dass dieser d...     »