TRACE Verbrennungsmodul
Das Verbrennungsmodul des CFD-Lösers TRACE ermöglicht die Simulation von reagierenden Brennkammerströmungen. Mit diesem Werkzeug werden aktuelle technisch-wissenschaftliche Fragestellungen in der Brennkammer adressiert und die experimentelle Forschung der Abteilung unterstützt. Es leistet damit einen Beitrag zur Auslegung und Analyse von Triebwerksbrennkammern der nächsten Generation.
Der kompressible, dichte-basierte CFD-Code TRACE (Turbomachinery Research Aerodynamic Computational Environment) wird seit mehr als 25 Jahren am Institut für Antriebstechnik entwickelt. Während der Schwerpunkt ursprünglich auf Turbomaschinen lag, ermöglicht das vollintegrierte Verbrennungsmodul nun auch High-Fidelity-Simulationen von reagierenden Brennkammerströmungen. Der Code ist für massiv-parallele (HPC) Anwendungen ausgelegt und ermöglicht somit die detaillierte Abbildung komplexer technischer Verbrennungssysteme.
TRACE wird eingesetzt, um aktuelle technisch-wissenschaftliche Fragestellungen in der Brennkammer zu adressieren. Dazu gehören unter anderem Emissionsminderung, Flammen- und Verbrennungsstabilität, thermoakustische Phänomene und Brennstoffflexibilität. Aufgrund seiner besonderen Entwicklungshistorie ist TRACE besonders für komponentenübergreifende Simulationen geeignet, um die Wechselwirkungen der Brennkammer mit den Turbokomponenten zu untersuchen. Darüber hinaus unterstützt und ergänzt TRACE die experimentellen Forschungsaktivitäten der Abteilung.
Für die Modellierung von Verbrennungsprozessen stehen verschiedene State-of-the-Art-Ansätze zur Verfügung. Das Flamelet-Generated-Manifold (FGM) Modell ermöglicht effiziente Simulationen mit detaillierten chemischen Reaktionsmechanismen durch Tabellierung der chemischen Kinetik. Alternativ kann die Finite Raten Chemie (FRC) eingesetzt werden, um Phänomene wie (Selbst-) Zündung und den Einfluss detaillierter Transporteigenschaften, insbesondere zur Berücksichtigung differentieller Diffusion bei der H2-Verbrennung, zu ermöglichen. Die Berücksichtigung der Turbulenz-Chemie-Wechselwirkung basiert auf einer künstlichen Flammenverdickung oder einem angenommenen PDF-Ansatz.
TRACE wird kontinuierlich an die spezifischen Anforderungen aktueller Anwendungen angepasst und weiterentwickelt, unterstützt durch ein starkes Netzwerk aus DLR-Instituten, akademischen und industriellen Partnern.