Open- and closed-loop control of instabilities in swirling jets undergoing vortex breakdown with application to swirl-stabilized burner flows

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Die aktive Kontrolle einer freien Drallströmung durch axiale und helikale Störungen wird untersucht. Dem Aufplatzen des Wirbelkerns bei hohen Drallzahlen wird hierbei besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Sinusförmige Störungen werden am Düsenaustritt eingebracht, wo die Scherschicht von der Düsenkante ablöst. 8 Aktuatoren, konzentrisch um den Düsenaustritt verteilt, ermöglichen die Anregung von axialen und helikalen Wellen der Mode |m|≤4. PIV, LDA und Hitz- Draht-Anemometrie werden eingesetzt. Ensemble-Mittelung ermöglicht die Messung der Wachstumsrate, Phasengeschwindigkeit und Wellenlänge der dominierenden kohärenten Strukturen. Der Antrag ist in 3 Phasen gegliedert. Die Untersuchungen der 1. Phase liefern die nötigen grundlegenden Zusammenhänge, um eine Strategie zur aktiven Beeinflussung des Wirbelaufplatzens in Drallströmungen zu entwickeln (Jahr 1 und 2). In der 2. Phase wird eine Parameter- Studie durchgeführt, um das Wirbelaufplatzen und die kohärenten Strukturen aktiv zu beeinflussen (Jahr 3). In der 3. Phase werden die Kontrollmechanismen, die sich aus Phase 1 und 2 ergeben, an einen Drallbrenner implementiert. Der herausragende Vorteil der hier beschriebenen Herangehensweise ist, dass durch die Kenntnis der dominierenden Instabilitäten und deren Anregbarkeit kleine Störungen ausreichen, um großskalige Strukturen zu beeinflussen, die das gesamte Strömungsfeld dominieren. Dieses Forschungsprojekt hat direkte Anwendungen in den Bereichen Mischung, Verbrennung und Strömungsakustik.