Elementarkinetische Prozesse bei der
Zündung von Kohlenwasserstoffen
Technische Brennstoffe für Verbrennungsmotoren und
Turbinenbrennkammern enthalten einen beträchtlichen Anteil an zyklischen und
aromatischen Kohlenwasserstoffen. Die Untersuchungen in diesem Teilprojekt
dienen dem besseren Verständnis von Zündverhalten und Selbstzündung solcher
großen Kohlenwasserstoffe. Beim Einsetzen der Zündung liefert die Pyrolyse des
Brennstoffs kleine Radikale, deren Reaktionen neben den relativ gut bekannten
Reaktionen des H-/O-Systems das Zündverhalten mitbestimmen. Die Prinzipien,
nach denen der Abbau kettenförmiger Kohlenwasserstoffe in einem
Verbrennungsprozeß verläuft, sind im wesentlichen aufgeklärt. Demgegenüber ist
das Verständnis der Reaktionen ringförmiger, ungesättigter und im besonderen
aromatischer Kohlenwasserstoffe bei weitem nicht so fortgeschritten. Der
Kenntnisstand über Bildungs- und Zerfallsreaktionen im Zündbereich bei
Verbrennungsprozessen ist für die Zwecke einer quantitativen Modellierung
äußerst lückenhaft.
Diese Startreaktionen sollen im Hinblick auf ihre Temperatur-
und Druckabhängigkeit sowie auf ihr Produktspektrum in beiden Arbeitsgruppen
untersucht werden. Die Untersuchungen beinhalten Stoßwellenexperimente zum
thermischen Zerfall von Naphthalin, Cyclohexan und -hexen sowie weiterer
aromatischer Verbindungen, wie z. B. Benzol und dessen Derivate. Darüber hinaus
sollen die Arrheniusparameter von Reaktionen dieser Substanzen mit O2,
O, OH und H über weite Temperatur- und Druckbereiche bestimmt werden.
Bildungsenthalpien instabiler Reaktionsprodukte sollen über chemische
Gleichgewichte bestimmt werden. Die Informationen über die Kinetik werden aus
den zeitlichen Konzentrationsverläufen unterschiedlicher Spezies erhalten.
Schlüsselrollen nehmen dabei das Benzyl- und Methylbenzylradikal ein, deren
Fluoreszenzanregungsspektren in Reaktionen mit sauerstoffhaltigen Spezies
druck- und temperaturabhängig aufgenommen werden sollen. Als weitere
Meßmethoden werden im wesentlichen optische Verfahren eingesetzt, wie z.B.
Resonanzabsorption zur Detektion von Atomen (H und O) und zweiatomigen Spezies
(OH, CH und CO) sowie Breitbandabsorption (größere Radikale bzw. Moleküle). Die
Ergebnisse werden helfen, die chemisch-kinetischen Modelle zur Beschreibung der
Zündung und Verbrennung ringförmiger, ungesättigter und auch aromatischer
Kohlenwasserstoffe auf eine fundierte Basis zu stellen.
Dieses Teilprojekt ist sowohl hinsichtlich der
experimentellen Methoden als auch der statistischen Verfahren zur Ermittlung
reaktionskinetischer Parameter eng verknüpft mit den Teilprojekten A1 und A4.
Die in diesem Teilprojekt gesammelten Daten stellen eine wichtige Grundlage dar
für die Modellierung komplexer Systeme unter nichtstationären Bedingungen. Die
Ergebnisse fließen daher in alle Projekte ein, die sich mit der numerischen
Simulation der Zündung und Verbrennung unter instationären Bedingungen
befassen.
