Teilprojekt GV2: Untersuchungen zur chemischen Kinetik unvollständiger Oxidationsprozesse in Stoßwellenrohren

Ziel dieses Projektes ist, für die Verbrennungsforschung „untypische“ Betriebszustände fetter Mischungen mit schlagartig unterbrochener Reaktion und fetten Reaktionsmischungen in Stoßwellenrohren kinetisch zu untersuchen. Das Projekt liefert Eingangs- und Validierungsdaten für Teilprojekt GM1 (Maas) und schließt sich im Bereich hoher Temperaturen und kurzer Reaktionszeiten an die im Projekt MM1 (Maas/Schießl) durchgeführten Messungen in der Rapid Compression Machine an. Insbesondere von Interesse ist die Untersuchung von Verzweigungsprozessen, die einerseits zu gewünschten hochwertigen Reaktionsprodukten (z.B. ungesättigte Kohlenwasserstoffe), andererseits aber auch zu unerwünschten polyzyklischen Kohlenwasserstoffen (Rußvorläufern) führen. Zudem ist der Einfluss von Additiven (n-Heptan, Dimethylether, Ethanol) auf die Reaktionskinetik von Methan/Luft-Mischungen von Interesse.

Es werden Stoßwellenrohre für die Untersuchung schneller Reaktionen bei variablen Drücken und Temperaturen eingesetzt. Es kommen drei Konfigurationen zum Einsatz. (1) Hinter reflektierten Stoßwellen werden mit hoher Zeitauflösung mittels hochrepetitiver Flugzeit-Massenspektrometrie die zeitabhängige Variation der Gasmischung nach der Initiierung der Reaktion durch die reflektierte Stoßwelle untersucht. (2) In einem Einzelpuls-Stoßwellenrohr wird ein Gasgemisch für eine kurze Zeit auf hohe Temperatur erhitzt und wieder abgekühlt und das Produktspektrum mit Gaschromatographie / Massenspektrometrie untersucht. (3) Während diese Experimente im Wesentlichen bei Atmosphärendruck in verdünnten Systemen (ca. 1%Vol. Reaktant) ablaufen, wird die Übertragungen auf hohe Reaktantenkonzentrationen und Spitzendrücke bis einige 100 bar in einem Hochdruck-Stoßwellenrohr durchgeführt.