Der theoretische Teil des Forschungsvorhabens befasst sich mit der Entwicklung hoeherer Turbulenzmodelle fuer Flammen. Die vollstaendigen Reynolds-Stress-Erhaltungsgleichungen sollen dabei unter besonderer Beruecksichtigung der Druck-Scher-Korrelationen auf Verbrennungssysteme uebertragen werden. Die Entwicklung vektorieller Laengenmassgleichungen, die Integration von Intermittenzeffekten sowie die Modellierung der skalaren Dissipationsrate sind weitere thematische Schwerpunkte der Modellentwicklung. Im experimentellen Teil des Vorhabens werden die vollstaendigen Geschwindigkeitsmomente 2ter und 3ter Ordnung in 3-Raumrichtungen sowie Integrallaengenmasse und Intermittenzfaktor mit einem 3-D-LDA-System und einem Raman-Spektroskopie-System bestimmt. Diese Groessen, die bisher in Flammen noch nicht systematisch bestimmt wurden, bilden die Basis fuer eine begruendete Weiterentwicklung der Turbulenzmodellierung.
In diesem beantragten Tecflam Vorhaben sollen Industriebrenner, wie sie heute im Einsatz sind, zunaechst analysiert werden und danach schrittweise unter Nutzung der messtechnischen und rechentechnischen Werkzeuge des kooperierenden Instituts, hinsichtlich der Schadstoffemissionen verbessert werden. Im einzelnen gliedert sich das Vorhaben wie folgt: 1) Ist-Analyse der bestehenden Brennerkonzepte, 2) Ausarbeitung und Bewertung von Konzepten fuer schadstoffarme Brenner, 3) Experimentelle Erprobung der neu konzipierten Brenner, 4) Umsetzung in den grosstechnischen Massstab und 5) Verifikation und Optimierung der Konzepte fuer praxisgerechten Einsatz. Die gesamte Bearbeitung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut fuer thermische Stroemungsmaschinen, Universitaet Karlsruhe. Bei der Umsetzung in den grosstechnischen Massstab und der Verifikation und Optimierung der Konzepte fuer den praxisgerechten Einsatz wird die Fa. Elco-Kloeckner im Versuchslabor und in Feuerungsanlagen unterstuetzende Versuchsarbeit leisten.
Gemaess dem am 02.03.1994 geschlossenen Kooperationsvertrag 'TECPLAN' nimmt die Geschaeftsstelle folgende Aufgaben im Vorhaben wahr: Vorbereitung, Durchfuehrung und Protokollierung der Sitzungen des Lenkungsausschusses und des Kuratoriums. Vorbereitung und Durchfuehrung der internen und externen TECFLAM-Seminare und anderer TECFLAM-Veranstaltungen. Planung u. Erstellung von TECFLAM-Dokumenten: Jahresberichte, zusammenfassende Berichte, Informationsbroschueren, Proceedings der Seminare, Pressemitteilungen. Kontaktpflege mit Industrie, Universitaeten und Ministerien: Anfragen, Stellungnahmen, Auskuenfte, Briefverkehr, Antragswesen und Budgetkontrolle Sekretariat.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erstellung von fuer das Flamelet-Modell der turbulenten Verbrennung benoetigten Datenbibliotheken laminarer gestreckter Vormischflammen. Als realitaetsnaher Modellkraftstoff werden hierzu Mischungen von Heptan und Oktan zugrunde gelegt. Als Parameter werden Temperatur, Druck, Luftverhaeltnis, Streckung und die Druckaenderungsgeschwindigkeit variiert. Zur Berechnung von Zuendvorgaengen wird die Reaktionskinetik hoeherer Kohlenwasserstoffe bis C8 und bis 5000 K modelliert. Bei der Beschreibung des Zuendvorganges werden die bei der Reaktion auftretenden Druckwellen mitberuecksichtigt. Die Rechenmodelle werden anhand experimentell gewonnener Daten modifiziert und verifiziert. Hieraus sollen Aufschluesse ueber chemische Einfluesse auf die Hochdruckverbrennung abgeleitet werden. Die erforderlichen Versuche werden von den Verbundpartnern durchgefuehrt.
Innerhalb eines Verbundvorhabens sollen instationaere turbulente Verbrennungsprozesse bei hohem Druck durch gleichzeitige Anwendung verschiedener laserspektroskopischer Techniken quantitativ erfasst und mit den Vorhersagen mathematischer Simulation verglichen werden. Durch Einsatz von abstimmbaren XECL- (308 nm) Lasern soll laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) von OH angeregt werden. Mit dieser Methode erhaelt man OH-Konzentrationsprofile und bei gleichzeitigem Einsatz von zwei Lasern und zwei Kameras auch zweidimensionale Temperaturfelder. Ebenfalls mit Lif sollen durch zusaetzlichen Einsatz eines abstimmbaren ARF- (193 nm) Lasers O2, NO und CO-Verteilungen bestimmt werden. Lebensdauern und Daten ueber Stossloeschung werden mit zeitaufgeloester Pikosekundenspektroskopie bestimmt. Parallel hierzu soll das 2d-DFWM (entartete Vierwellen-Mischung) Verfahren als OH-Nachweismethode mit hohen Signalintensitaeten bei gleichzeitiger Abwesenheit von Loechprozessen entwickelt und eingesetzt werden.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Messung von ortsaufgeloesten Luftzahlprofilen und der zweidimensionalen zyklusaufgeloesten Flammenkontur waehrend unterschiedlicher Phasen der instationaeren turbulenten Hochduckverbrennung. Die Flammenentwicklung wird von Zuendfunkenueberschlag bis brennende mit laseroptischen Messverfahren analysiert. Diese Messungen erfolgen in einem definierten turbulenten Stroemungsfeld eines optisch gut zugaenglichen motorsimulators. Die Flammenkonturbilder werden mit bildverarbeitenden Verfahren analysiert und mit den Stroemungsparametern korreliert. Diese Stroemungsparameter werden mittels Laser-Doppler-Anemometrie sowie dem zweidimensionalen Teilchensparverfahren bestimmt. Die Einzelparameter Kraftstoffart, Gemischzusammensetzung, Drehzahl, Luftliefergrad und Zuendart werden systematisch variiert.
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| Förderprogramm | 6 |
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| Boden | 2 |
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