Reaktive Fluide

Verbrennungsreaktionen finden in vielen praktischen Anwendungen unter erhöhtem Druck statt, beispielsweise in Verbrennungsmotoren, Gasturbinen in Kraftwerken und Flugzeugtriebwerken. Diese Systeme sind in der Regel komplex und oft instabil, was es schwierig macht, beobachtete Effekte bestimmten Ursachen zuzuordnen. Ein stationärer Hochdruckbrenner bietet erhebliche Vorteile für die systematische Untersuchung solcher Verbrennungsprozesse, da einzelne Parameter variiert werden können, während andere Bedingungen konstant gehalten werden. Unsere Einrichtung konzentriert sich auf die Untersuchung der Rußbildung in vorgemischten Flammen als Funktion des Drucks und auf die Untersuchung der Druckabhängigkeit von nicht-intrusiven lasergestützten Diagnosemessverfahren, wie laserinduzierte Incandescence (LII), laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) und hochempfindliche Absorptionsmessungen wie Cavity Ringdown Spectroscopy (CRDS). Der Brenner ist für Betriebsdrücke bis zu 40 bar ausgelegt.

Der Brenner verfügt über drei konzentrische, rotationssymmetrische poröse Metallplatten, durch die Brennstoff-Luft-Gemische unterschiedlicher Zusammensetzung strömen. Der zentrale Innenbrenner erzeugt die nachweisbare rußende Flamme. Die zentrale Flamme ist von einem äußeren Brennerring umgeben, der die zentrale Flamme mit minimaler Beeinträchtigung stabilisiert. Eine zusätzliche Mantelströmung um den Außenbrenner herum liefert Inertgase oder Luft, um heiße Verbrennungsgase von den Brennerwänden fernzuhalten und eine Verschmutzung der Fenster zu verhindern. Der optische Zugang erfolgt über vier Seitenfenster. Für zeitaufgelöste LII-Messungen wird ein gepulster Nd:YAG-Laser verwendet, wobei das LII-Signal während der Abkühlphase der durch den Laserimpuls erhitzten Partikel von schnellen Photomultipliern erfasst wird.

Unsere Forschung zielt darauf ab, die Mechanismen der Rußkeimbildung und des Rußwachstums unter Hochdruckbedingungen zu verstehen. Dazu gehört die Untersuchung des Gleichgewichts zwischen Rußbildung und Oxidation sowie die Erforschung, wie die Größe und der Volumenanteil von Rußpartikeln vom Druck abhängen. Die aus diesen Studien gewonnenen Erkenntnisse sind entscheidend für die Entwicklung zuverlässiger chemischer Mechanismen und effizienterer und sauberer Verbrennungssysteme. Die kontinuierliche Weiterentwicklung unseres Hochdruckbrenners und unserer Diagnosemethoden verbessert unsere Fähigkeit, komplexe Verbrennungsphänomene zu untersuchen und zum Fortschritt der Verbrennungswissenschaft und -technologie beizutragen.