Prediction of Combustion Noise in a Model Combustor Using a Network Model and a LNSE Approach

The reduction of pollution and noise emissions of modern aero engines represents a key concept to meet the requirements of the future air traffic. This requires an improvement in the understanding of combustion noise and its sources, as well as the development of accurate predictive tools. This is the major goal of the current study where the low-order thermo-acoustic network (LOTAN) solver and a hybrid computational fluid dynamics/computational aeroacoustics approach are applied on a generic premixed and pressurized combustor to evaluate their capabilities for combustion noise predictions. LOTAN solves the linearized Euler equations (LEE) whereas the hybrid approach consists of Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) mean flow and frequency-domain simulations based on linearized Navier–Stokes equations (LNSE). Both solvers are fed in turn by three different combustion noise source terms which are obtained from the application of a statistical noise model on the RANS simulations and a post-processing of incompressible and compressible large eddy simulations (LES). In this way, the influence of the source model and acoustic solver is identified. The numerical results are compared with experimental data. In general, good agreement with the experiment is found for both the LOTAN and LNSE solvers. The LES source models deliver better results than the statistical noise model with respect to the amplitude and shape of the heat release spectrum. Beyond this, it is demonstrated that the phase relation of the source term does not affect the noise spectrum. Finally, a second simulation based on the inhomogeneous Helmholtz equation indicates the minor importance of the aerodynamic mean flow on the broadband noise spectrum.</jats:p

Einfluss einer Kavität auf das Druckfeld der ersten Tangentialen Mode einer Raketenbrennkammer unter repräsentativen Bedingungen

Am Institut für Raumfahrtantriebe des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshau-sen werden selbsterregte, hochfrequente Verbrennungsinstabilitäten in einer Forschungs-Brennkammer untersucht. Diese mit Wasserstoff (H2) und flüssigem Sauerstoff (LOX) betriebene Brennkammer zeigt unter repräsentativen Bedingungen bei bestimmten Betriebspunkten selbst erregte Verbrennungsinstabilitäten der ersten tangentialen Eigenmode der Brennkammer. Das akustische Druckfeld in der Brennkammer wird über einen speziellen HF-Messring hinter der Faceplate mit dynamischen Drucksensoren gemessen. Dieser HF-Messring verfügt weiterhin über eine verstellbare Kavität, welche die Untersuchung des Einflusses einer Kavität auf das akustische Druckfeld in der Brennkammer ermöglicht. So wurde festgestellt, dass die Kavität bei stabilem Betrieb der Brennkammer keinen erkennbaren Einfluss auf die Akustik hat. Erst bei Betriebspunkten mit signifikanten Amplituden der 1T Mode kann ein Unterschied zwischen dem Testlauf mit und ohne Kavität festgestellt werden. In diesem Fall führt die Kavität zu einer Verringerung der Amplituden der 1T Mode sowie zu einer Orientierung der Knotenlinie des 1T Druckfeldes entlang der Achse der Kavität