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Exploring Soot Pathways: High-Fidelity LES Investigation of Soot Formation and Oxidation in RQL Combustion Systems Under Real Conditions

Koob, Philipp und Ferraro, Federica und Magens, Eggert und Heinze, Johannes und Soworka, Thomas und Behrendt, Thomas und Eggels, Ruud und Hasse, Christian (2025) Exploring Soot Pathways: High-Fidelity LES Investigation of Soot Formation and Oxidation in RQL Combustion Systems Under Real Conditions. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 148 (1). American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4069469. ISSN 0742-4795.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/gasturbinespower/article/148/1/011017/1221107/Exploring-Soot-Pathways-High-Fidelity-Large-Eddy

Kurzfassung

Developing low-emission aero-engines presents a critical step in meeting near-term climate goals. A particular challenge is accurate soot predictions with computational fluid dynamics (CFD), where the integration of advanced thermochemical interaction models is required. The extreme conditions typical of aero-engines—characterized by high temperatures, elevated pressures, and strong transients—demand reliable and accurate modeling to capture the complex pathways of soot formation and oxidation. This study focuses on the soot formation, evolution, and oxidation in a single-sector rich–quench–lean (RQL) aero-engine model combustor, employing high-fidelity numerical simulations validated against experimental data obtained as part of this investigation. Based on the validated simulation results, the high-fidelity large eddy simulations (LESs) coupled with the split-based extended quadrature method of moments (S-EQMOM) soot model are used to examine soot dynamics within the combustor. The LES predictions accurately reproduce experimental trends across a range of operating conditions. By categorizing the combustor flow field into distinct zones—flame, mixing, recirculation, and a transition between flame and mixing—the study provides a detailed quantification of soot behavior. Soot formation and growth are predominantly confined to the flame zone, while oxidation occurs throughout the chamber, reducing the soot volume fraction. High mixing rates corresponding to very low local residence times prevent complete soot oxidation, increasing the probability of soot breakthrough into the lean region. These findings provide critical insights for developing reduced-order models that efficiently predict soot formation. Such models are essential for reducing computational costs and advancing the design of future low-emission aero-engines.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218151/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Exploring Soot Pathways: High-Fidelity LES Investigation of Soot Formation and Oxidation in RQL Combustion Systems Under Real Conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Koob, PhilippTechnical University of Darmstadt, Department of Mechanical Engineering, Simulation of reactive Thermo-Fluid Systems, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ferraro, FedericaTechnische Universität Braunschweig, Institute of Jet Propulsion and Turbomachinery, Braunschweig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Magens, EggertEggert.Magens (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heinze, JohannesJohannes.Heinze (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Soworka, ThomasThomas.Soworka (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-8443-8847NICHT SPEZIFIZIERT
Behrendt, ThomasThomas.Behrendt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4154-3277NICHT SPEZIFIZIERT
Eggels, RuudRolls-Royce Deutschland Ltd & Co KGNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hasse, ChristianTechnical University of Darmstadt, Department of Mechanical Engineering, Simulation of reactive Thermo-Fluid Systems, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Oktober 2025
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:148
DOI:10.1115/1.4069469
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:emissions, computational fluid dynamics (CFD), combustion, LES, combustor validation
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen, L - Triebwerkskonzepte und -integration, E - Verbrennungs- und Kraftwerkssysteme, E - Gasturbine
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Triebwerksmesstechnik
Institut für Antriebstechnik > Brennkammer
Hinterlegt von: Soworka, Thomas
Hinterlegt am:13 Dez 2025 00:38
Letzte Änderung:13 Dez 2025 00:38

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