Erstellung von Validierungsdatensätzen

Chemisch-kinetische Charakterisierung inklusive Validierungsdaten

Chemische Reaktionen von Hochtemperaturprozessen wie z.B. Verbrennungsvorgänge oder Selbstzündprozesse werden über chemisch-kinetische Reaktionsmodelle abgebildet. Die Vorhersage der Bildung und des Abbaus von Verbrennungsintermediaten, der Zündverzugszeit oder der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit stellt dabei höchste Ansprüche an die Qualität eines chemisch-kinetischen Reaktionsmodells. Zeitgleich ist die präzise Beschreibung des Reaktionsablaufs bei der Verbrennung eines spezifischen Kraftstoffs Grundvoraussetzung für Verständnis und Minimierung der Schadstoffbildung in technischen Verbrennungssystemen wie z.B. Gasturbinen oder Kolbenmotoren. Die Abbildung chemisch hochkomplexer technischer Kraftstoffe, die sich üblicherweise aus mehreren hundert Einzelsubstanzen zusammensetzen, erhöht die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eines Reaktionsmodells zusätzlich. Zur Prüfung und Validierung von Reaktions- und Prozessmodellen können kundenspezifische experimentelle Validierungsdaten in Form von Konzentrationsverläufen von Verbrennungsintermediaten, die Partikelevolution, Zündverzugszeiten und laminare Flammengeschwindigkeiten bei der Oxidation spezifischer Brenn-, Kraft- und Treibstoffe in technisch relevanten Druck- und Temperaturbereichen vermessen werden. Die Exploration spezieller Reaktionsbedingungen ist ebenso möglich wie die Untersuchung neuartiger Brennstoffe. Mehr Informationen hierzu sind unter Reaktions-kinetische Experimente zu finden.

Optische und laserbasierte Daten aus komplexen Verbrennungsexperimenten zur Validierung von Verbrennungssimulationswerkzeugen

Technische Verbrennungsprozesse erfolgen häufig bei erhöhtem Druck und in turbulenter Strömung. Die Nutzung der Verbrennungssimulation unterstützt die Entwicklung neuer Generationen von stationären und Fluggasturbinen. Aufgrund der komplexen Kombination von Strömungsphänomenen, Verbrennungschemie und technischer Geometrie ist aktuelle Verbrennungsmodellierung jedoch nur unter gewissen Vereinfachungen möglich. Die Validierung derartiger Modelle erfolgte traditionell auf Basis von nur wenigen Informationen, wie z.B. Abgasemissionen am Austritt der Brennkammer. Mit optischen und laserbasierten Methoden erstellen wir umfängliche Datensätze über die Verteilung von Brennstoff, weiteren Verbrennungsspezies, Temperaturen, Schadstoffen, Flammenfronten sowie Strömungsfeldern, die wir neben unseren Nachbarabteilungen auch anderen interessierten Forschungseinrichtungen zur Verfügung stellen. Nicht zuletzt können Temperaturen an der Wandinnenseite bestimmt werden. Meistens kommen für die Erstellung der Datensätze - anders als bei industriellen Anwendungen - Brennkammern mit optischem Zugang zum Einsatz. Dafür sind die Randbedingungen im Gegensatz zur industriellen Verbrennung sehr gut bekannt. Vorzüge des Einsatzes von optischer und laserbasierter Diagnostik sind

• Hohe räumliche und zeitliche Auflösung (Mittelwerte, Statistik)
• Berührungsfreie Anwendung ohne Beeinflussung des untersuchten Prozesses
• Selektive Anregung durch Wahl geeigneter Laser- oder Detektionswellenlängen
• Teils gleichzeitige Anwendung mehrerer Messtechniken

Verfügbare Datensätze existieren unter anderem zu

• Verschiedenen Methan-Drallflammen
• Wasserstoff-angereicherten Methanflammen
• Rußenden Ethylenflammen