Verbrennung
COMBUSTION
Bei der Verbrennungsforschung geht es um die komplexe Untersuchung einer chemischen Reaktion zwischen mehreren Stoffen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Stoffe verbinden, ist aufgrund der Energie, die durch die Kombination von Sauerstoff und Wärme oder Flamme erzeugt wird, sehr hoch. Die Untersuchung der Verbrennung basiert auf den Kenntnissen der Chemie, Physik und Mechanik. Die Verbrennungsforschung wird in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, z. B. bei Motorentests in der Automobilindustrie und bei Raketen- und Düsentriebwerkstests in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
Pulse-Train-Zündung mit passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen
Magerere Verbrennung und Downsizing sind zwei Konzepte, die von Motorenentwicklern verfolgt werden, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu senken. Beide Ansätze führen zu zunehmenden Herausforderungen in Bezug auf die Zündung, da diese Konzepte in der Regel mit einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit und des Turbulenzgrads sowie einem erhöhten Druck zum Zeitpunkt der Zündung verbunden sind. In diesem Zusammenhang wird der Einsatz von miniaturisierten passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen mit Impulsfolgezündung als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Zündkerzen angesehen.
Experimentelle Untersuchung einer geschichteten, mageren, vorgemischten, turbulenten Methan/Luft-Flamme mit geringer Verwirbelung
Gleichzeitige Messungen der planaren laserinduzierten Fluoreszenz (PLIF) von CH2O mit hoher Wiederholungsrate (3 kHz) und der Particle Image Velocimetry (PIV) wurden in turbulenten vorgemischten Methan/Luft-Flammen mit geringem Wirbel durchgeführt, um die großräumige räumliche und zeitliche Entwicklung der Flamme und der Strömungsdynamik zu untersuchen. Darüber hinaus wurden PLIF-Messungen von OH und CH2O mit einer niedrigen Wiederholungsrate (10 Hz) durchgeführt, um die globalen Auswirkungen des Äquivalenzverhältnisses ϕ auf die Flamme zu untersuchen. Ein Brenner mit geringer Verwirbelung wurde verwendet, um eine breite Palette von Flammen zu stabilisieren, von mageren Flammen nahe der Abschreckung bis hin zu Flammen nahe der Stöchiometrie mit ϕ = 0,9. Die Flammen weisen eine laminare Flammchenstruktur in der vorderen Front und eine verdickte Flammenstruktur mit lokaler Abschreckung an der hinteren Kante auf. Es werden detaillierte statistische Daten ermittelt, darunter das Geschwindigkeitsfeld, die mittlere Flammenposition, die Dicke der Vorwärmschicht, die Dicke der Flammenbürste und die Flammenoberflächendichte. Diese Daten bieten eine nützliche Datenbasis für den Vergleich von Verbrennungsmodellsimulationen. Die Ergebnisse zeigen ein interessantes Flammenverhalten; je nach Äquivalenzverhältnis nimmt die großräumige Interaktion zwischen der Flamme und dem Strömungsfeld unterschiedliche Formen an.
Simulation von Bluff-Body-Flammenhaltern: Über die Verwendung einer korrekten orthogonalen Zerlegung zur Validierung der Verbrennungsdynamik
Moderne Werkzeuge für Experimente und die rechnerische Modellierung instationärer reaktiver Strömungen eröffnen neue Möglichkeiten für den technischen Einblick in dynamische Phänomene. In der hier vorgestellten Arbeit wird ein neuartiger Einsatz der Proper Orthogonal Decomposition (POD) beschrieben, um die Struktur der dominanten Wärmefreisetzungs- und Strömungsmerkmale in der Flamme, der Scherschicht und dem Nachstrom einer Bluff-Body-stabilisierten Flamme zu validieren. Es wird ein allgemeiner Validierungsprozess vorgestellt, der einen Vergleich von experimentellen und rechnerischen Ergebnissen beinhaltet, beginnend mit einer Einzelpunkt-Mittelwertstatistik und dann erweitert auf die dynamischen Modi der Daten unter Verwendung von POD, um das Ensemble der momentanen Strömungsfeld-Schnappschüsse zu reduzieren. Die Ergebnisse demonstrieren den Einsatz dieser Technik, indem sie auf Large-Eddy-Simulationen des Bluff-Body-stabilisierten Vormischverbrennungsexperiments angewendet werden.