Analysis and Identification of Local and Global Nonlinearities in Thermo-Acoustic Systems

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Nichtlinearitäten der Wechselwirkungen von akustischem Wellen mit Strömung und Wärmefreisetzung sollen untersucht werden. Dabei sind globale Nichtlinearitäten gasdynamischer Natur zu unterscheiden von lokalen Nichtlinearitäten, z.B. in der unmittelbaren Umgebung einer Flamme. Diese komplexen Phänomene sollen experimentell als auch analytisch/numerisch anhand zweier exemplarischer Modell-Probleme untersucht werden, die beide die Wechselwirkungen akustischer Wellen mit instationärer Wärmefreisetzung involvieren: 1) eine nicht-vorgemischte Flamme in einer Burke-Schumann Anordnung und 2) die Wärmequelle in einem Rijke-Rohr. Die Eigenschaften der Nichtlinearitäten der Gasdynamik bzw. der Wärmefreisetzung werden zuerst getrennt untersucht, um nachfolgend deren Wechselwirkungen zu betrachten. Das Augenmerk soll dabei im Besonderen auf die Modenkopplung und den daraus resultierenden Transfer von Energie bei der Sättigung thermo-akustischer Instabilitäten gerichtet werden. Diesbezüglich soll auch die Entwicklung des Rayleigh-Index in Gegenwart von Nichtlinearitäten untersucht werden. Last, but not least sollen im Rahmen des beantragten Vorhabens Methoden der Systemidentifikation zur Charakterisierung thermo-akustischer Systeme mit wesentlichen lokalen oder globalen Nichtlinearitäten entwickelt werden. Dieses Gemeinschaftsprojekt soll im Rahmen des Memorandum of Understanding on Scientific Cooperation des DST bzw. der DFG vom 29. Oktober 2004 bearbeitet werden. Die geplanten Forschungsarbeiten werden die bestehende wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen R. I. Sujith (IIT Madras) und W. Polifke (TU München) bedeutend verstärken. Vom Einsatz komplementärer numerischer Werkzeuge bzw. experimenteller als auch analytischer Methoden bei der Untersuchung der beiden thermo-akustischen Modell-Probleme werden deutliche Synergieeffekte erhofft.