Weinkauff, Johannes Julian (2016)
Experimentelle Untersuchung der Flammenpropagation in partiell vorgemischten Freistrahlen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Partiell vorgemischte Verbrennung findet in einer Vielzahl von industriellen Feuerungen Anwendung. Nahezu alle industriellen Nutzfeuerungen und sicherheitskritische Feuerun- gen basieren auf dieser Flammenklasse, welche die Komplexität von vorgemischten und nicht vorgemischten Flammen vereint. Detaillierte Kenntnisse über das Flammenausbrei- tungsverhalten, die so genannte Flammenpropagation sind von grundsätzlicher Bedeutung bei der Auslegung von Feuerungs- und Antriebssystemen, da die Flammenpropagation ent- scheidend für den Erfolg oder Misserfolg des Zündungsprozesses ist. Grundlagenorientierte experimentelle Untersuchung der Flammenpropagation kann Einblicke in die Wirkprinzi- pien bieten, welche die Flammenpropagation kontrollieren und damit zu optimierung und Validierung numerischer Modelle beitragen. Um die zentralen Einfussparameter Mischung und Strömung bei der Flammenpropaga- tion messtechnisch zu erfassen werden die Planare Lasinduzierte Fluoreszenz (PLIF) des Aceton-Moleküls und die Stereoskopische Particle Image Velocimetry (SPIV) eingesetzt. Die Rohdaten der SPIV-Messungen erlauben dabei auf Basis des Gasdichtesprunges und der Strömungsverzögerung eine Abschätzung über den Reaktionsort der Flamme zu tref- fen. Auf diese Weise werden zeitaufgelöste Sequenzen von Strömungsgeschwindigkeiten in allen drei Raumrichtungen, Mischungsbruch und Flammenfrontposition mit hoher räum- licher Auflösung in einem ebenen Messfeld im Propagationsbereich der Flamme ermit- telt. Die Messverfahren werden durch Einsatz von Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kameras und leistungsfähigen gepulsten Festkörperlasern mit hohen Repetitionsraten zeitauflösend betrieben. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Experiments wird weltweit erstmalig die Hochgeschwindigkeits-SPIV simultan mit der Hochgeschwindigkeits-PLIF des Aceton- Moleküls in reagierender Strömung eingesetzt. Um die gewonnenen Rohdaten verarbeiten und interpretieren zu können werden leis- tungsfähige Datenverarbeitungsroutinen geschaffen. Durch einsatz von fortschrittlichen Wavelet-Entrauschungsverfahren kann das Kamerarauschen nahezu vollständig eliminiert werden. Die so optimierten Daten erlauben die Berechnung von Gradientengrößen wie der skalaren Dissipationsrate sowie die detaillierte Analyse des Mischungsbruches bei stöchio- metrischen Bedingungen. Zur Interpretation der Messergebnisse werden zunächst statistische Momente der gemes- senen Grßen herangezogen. Der Vergleich mit Ähnlichkeits- und Näherungslösungen aus der Literatur zeigt gute Übereinstimmung und belegt die Zuverlässigkeit von Mess- und Auswertungsmethodik. Die Betrachtung von isothermen Einzelmessungen verdeutlicht so- wohl Qualität der Messdaten als auch Komplexität der Strömungs- und Mischungsprozesse im isothermen Freistrahl. Einzelsequenzen belegen, dass die Flammenpropagation in vielen Fällen von der Mischung dominiert wird. In einigen Fällen zeigen sich weitere dominierende Faktoren, die Flam- menkrümmung und die damit verbundene -streckung werden als Einflusssparameter iden- tifiziert. Eine abschließende konditionierte statistische Analyse zeigt, dass es sich hierbei um seltene Sonderfälle handelt.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen