Ziel
In Stoßwellenrohren wird die Geschwindigkeit schnell ablaufender Reaktionen bei hohen Temperaturen untersucht. Eine Stoßwelle, die durch eine Gasexpansion hervorgerufen wird, heizt das reaktive Gasgemisch innerhalb von Mikrosekunden auf Temperaturen von bis zu einigen tausend Kelvin auf und die nachfolgenden Reaktionen werden mit Hilfe optischer Verfahren beobachtet. Mittels hoch sensitiver spektroskopischer Methoden ist es möglich, Konzentrationsprofile der reagierenden bzw. entstehenden atomaren und molekularen Spezies zeitaufgelöst zu messen. Durch die Wahl der Gasmischung können in hochverdünnten homogenen Reaktionssystemen gezielt einzelne Elementarreaktionen untersucht ihre Reaktionsgeschwindigkeitskoeffizienten bestimmt werden. Der Fokus unserer Untersuchungen liegt auf den Reaktionen organischer Verbindungen. Die gewonnenen Daten bilden die Grundlage für die Entwicklung und Validierung von Reaktionsmechanismen für die numerische Simulation von Verbrennungsreaktionen.

Verfahren
Das Stoßwellenrohr hat eine Gesamtlänge von 9,2 m und einen Innendurchmesser von 79 mm. Es ist durch eine Aluminiummembran (Dicke bis 0,1 mm) in die Hochdruck- (3,5 m) und die Untersuchungssektion (5,7 m) unterteilt. Die reaktiven Gase werden in einem Edelstahltank gemischt und in die Untersuchungssektion eingefüllt. Die Hochdrucksektion wird mit H2 bis zum Bersten der Membran befüllt. Drucksensoren messen die Stoßwellengeschwindigkeit, anhand derer man die Reaktionsbedingungen (Druck und Temperatur) hinter der Stoßwelle ermitteln kann. Zur Messung der Konzentrations-Zeit-Profile kommt die Ringdyelaser- Absorptionsspektroskopie (RDLAS, UV bis VIS) und die Atomresonanz-Absorptionsspektroskopie (ARAS, VUV bis UV) zum Einsatz. Die Anwendung von H-ARAS wird durch den Aufbau (Turbomolekularpumpe nahe am Messvolumen) begünstigt. Beide Methoden ermöglichen selektive und sensitive Konzentrationsmessungen (im Bereich einiger ppm). Die Kinetik angeregter Spezies (OH*, CH*, C₂*) kann in reaktiven Systemen durch Emissionsmessungen untersucht werden.