Stoßrohr-Labor

Großforschungsanlage Stoßrohr
Das temperierbare „Single-Puls“-Stoßwellenrohr kann Zündverzugszeiten bis 40 bar messen.
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Mit der Stoßrohranlage des Instituts können zündfähige gasförmige Gemische in Mikrosekunden auf verbrennungsrelevante Temperaturen und Drücke aufgeheizt und komprimiert werden. Die Großforschungsanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) dient der Entwicklung und Validierung chemisch-kinetischer Reaktionsmechanismen, die unter anderem für die Simulation der Verbrennungsprozesse in Gasturbinen, Feuerungen oder Raketenbrennkammern eingesetzt werden.

In der Großforschungsanlage sind drei Stoßwellenrohre und die dazugehörige diagnostische und chemisch-analytische Infrastruktur zusammengefasst. Die einzelnen Stoßwellenrohre sind unterschiedlichen Aufgabenbereichen gewidmet und dem Einsatzgebiet entsprechend ausgerüstet. Mit der Bereitstellung von zündfähigen Gemischen durch die Anlage werden die Randbedingungen, unter denen zum Beispiel Brenn-, Kraft- und Treibstoffgemische zünden, und der Zeitpunkt, ab dem diese Bedingungen herrschen, bestmöglich definiert und können über eine Zeitspanne von einigen Millisekunden bis zur Selbstzündung des Gemisches konstant gehalten werden. Darüber hinaus können auch Produktverteilungen stabiler Spezies vermessen, sowie durch Absorptionsmessungen spezifischer Radikale die zeitliche Entwicklung einzelner Reaktionen nachvollzogen werden.

Extreme Mischverhältnisse und ihre Verbrennungseigenschaften

Die in der Stoßwellenanlage ermittelten Zündverzugszeiten charakterisieren das chemisch-kinetische Reaktionssystem in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Druck und dem Verhältnis von Brennstoff zu Oxidator. Hierbei können auch extreme Mischungsverhältnisse und Bedingungen getestet werden, die in einem technischen Verbrennungssystem im Normalbetrieb nicht erreicht werden, aber auslegungsrelevant sind. Produktverteilungen hingegen repräsentieren einen Zustand des Reaktionssystems, das nach einer definierten Zeit quasi „eingefroren“ wurde.

Die Stoßrohranlage stellt dabei einen Teil des Portfolios kinetischer Experimente dar (siehe auch Reaktionskinetische Experimente), durch die Daten für die Entwicklung und Validierung chemisch-kinetischer Reaktionsmechanismen (Verbrennungsmodelle) gewonnen werden, um diese für die Simulation der Verbrennungsprozesse in Gasturbinen, Feuerungen, Raketenbrennkammern und viele andere einzusetzen (siehe auch Chemisch-kinetische Reaktionsmodelle). Bei diesen CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) sind Aspekte wie Brennstoffflexibilität, schadstoffarme Verbrennung, Verlöschgrenzen und Thermoakustik wichtige Auslegungsgrößen, für deren Simulation ein an die jeweiligen Bedingungen angepasstes Verbrennungsmodell abgeleitet werden muss. Darüber hinaus lassen sich reale und komplexe Brennstoffe und deren Mischungen hinsichtlich ihrer charakteristischen Verbrennungseigenschaften direkt miteinander vergleichen, um daraus Rückschlüsse auf ihr Verbrennungsverhalten in einem bereits bestehenden Prozess ziehen zu können.

Chemische Kinetik und Analytik

Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf neuartigen, synthetischen Fuels aus erneuerbaren Quellen, die in den Forschungsbereichen Energie, Luftfahrt und Verkehr zum Einsatz kommen.

Kontakt

Dr. Markus Köhler

Abteilungsleiter
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Verbrennungstechnik
Chemische Kinetik und Analytik
Pfaffenwaldring 38-40, 70569 Stuttgart