Ziel
In vielen technischen Anwendungen laufen Verbrennungsreaktionen unter erhöhtem Druck ab. Dazu zählen Verbrennungsmotoren, stationäre Gasturbinen in Kraftwerken oder Flugzeugtriebwerke. Da diese Systeme jedoch in der Regel hochkomplex sind und im Falle des Motors zudem noch instationär, ist es nicht möglich, eine beobachtete Wirkung eindeutig einer bestimmten Ursache zuzuschreiben. Hier bietet ein stationärer Hochdruckbrenner entscheidende Vorteile in Bezug auf die Erforschung der Verbrennungsprozesse, weil hier einzelne Größen bewusst verändert werden können, wobei die restlichen Bedingungen konstant gehalten werden. Das Kernthema bei dieser Anlage bildet die Erforschung der Rußbildung in Abhängigkeit vom Druck sowie die Untersuchung der Druckabhängigkeit von berührungsfreien laserdiagnostischen Messmethoden, wie die Laserinduzierte Inkandeszenz (LII). Dazu werden weitere Messverfahren, wie die Absorptions¬spektroskopie oder winkelaufgelöste Streulichtmessung eingesetzt. Der Brenner ist für Betriebsdrücke bis 40 bar ausgelegt.

Verfahren
Im Brenner strömt durch drei konzentrische rotationssymmetrische poröse Metallplatten Brennstoff/Luftgemisch unterschiedlicher Zusammensetzung aus. In der Mitte befindet sich der Innenbrenner (C₂H₄ + Luft, vorgemischt), über dessen Brennermatrix sich die zu detektierende rußende Flamme ausbildet. Um den Innenbrenner herum ist der Außenbrenner angeordnet (CH₄ + Luft, vorgemischt), der die Aufgabe erfüllt, die zentrale Flamme des Innenbrenners zu stabilisieren bei kleinstmöglicher thermodynamischer, reaktiver oder optischer Einflussnahme. Um den Außenbrenner ist der Hüllstrom angeordnet. Aus ihm strömt Luft, die die heißen Verbrennungsgase von den Wänden des Brenners fernhält und somit u.A. ein Verschmutzen der Fenster verhindert. Der optische Zugang erfolgt über vier seitliche Fenster. Für die zeitaufgelösten LII-Messungen wird ein gepulster Nd:YAG-Laser (1064 nm) mit möglicher Frequenzverdopplung oder -verdreifachung verwendet. Das LII-Signal werden mit schnellen Photomultipliern (Anstiegszeit 0,8 ns) während der Abkühlphase der vom Laserpuls aufgeheizten Partikel detektiert.

Veröffentlichungen
M. Hofmann, W. G. Bessler, C. Schulz, H. Jander, "Laser-induced incandescence (LII) for soot diagnostics at high pressure," Appl. Opt. 42, 2052-2062 (2003).

Kontakt
apl. Prof. Dr. Thomas Dreier, Tel.: +49 (0)203 - 379 8072