Legals ¦ KIT

Contact

Engler-Bunte-Ring 1
76131 Karlsruhe 

Building 40.13.II 

 

Phone: +49(0)721 608 7078
Fax: +49(0)721 661501

 

E-mail: Sekretariat

Events of SFB 606

... you will find on our    event schedule page

TP - A5
Experimente und hierarchische Modellierung zu periodischen Störungen in Flammen

Projektleiter: 
Dr. Andreas Class
Institut für Kern- und Energietechnik (IKET)
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Telefon: +49(0)7247 / 82-3487
Telefax: +49(0)7247 / 82-4837
E-mail:

Prof. Dr. Ulrich Maas
Institut für Technische Thermodynamik (ITT)
Universität Karlsruhe (TH)
Kaiserstr.12
76128 Karlsruhe
Telefon: +49(0)721/608-6170 oder -3930
Telefax: 49(0)721/608-3931
E-mail:

Dr. Wolfgang Meier
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Institut für Verbrennungstechnik
Pfaffenwaldring 38-40
D-70569 Stuttgart
Telefon: +49-711-6862 397
Telefax: +49-711-6862 578
E-mail:

  
Ergebnisse des Teilprojekts Veröffentlichungen
  

Zusammenfassung

Experimente und hierarchische Modellierung zu periodischen Störungen in Flammen

Ein Themenfeld des beantragten Sonderforschungsbereichs sind die grundlegenden Mechanismen, die zu Verbrennungsinstabilitäten führen. Der Ausbreitungsmechanismus einer Vormischflamme beruht auf einem komplexen Zusammenspiel zwischen Strömung, chemischer Kinetik und Transportvorgängen. In der praktischen Anwendung ist dieser Mechanismus zeitabhängigen Störungen ausgesetzt, da im allgemeinen turbulente Strömungsbedingungen vorliegen und akustische Eigenschaften des Brenners und des Zuleitungssystems Störungen des Druckfelds und der Gemischzusammensetzung einbringen. Ziel des Teilprojekts ist zunächst die Klärung des Verhaltens laminarer Vormischflammen bei periodischen Störungen der Gemischzusammensetzung und der strömungsmechanischen Randbedingungen. Die gefundenen Ansätze sollen später schrittweise zur Beschreibung turbulenter Flammen herangezogen werden. Z.B. sollen Subgridmodelle für die LES vorgeschlagen werden.       

Das vorgeschlagene Forschungsprojekt soll durch zwei hierarchisch aufeinander aufbauenden Modelle für einerseits die chemische Kinetik als auch die globale Strömung sowie durch Experimente mit berührungsfreier Laserdiagnostik zur Klärung möglicher Wechselwirkungen auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen aufbauen. Durch das Zusammenwirken der verschiedenen Ansätze soll ein Gesamtmodell erstellt werden, das mit den experimentellen Daten validiert wird. Außerdem soll eine experimentelle Datenbasis aufgebaut werden, die anderen Teilprojekten (z.B. A4 und B1) zur Verfügung steht.       

Als Untersuchungsobjekt wird eine Methan-Unterdruckvormischflamme definiert. Durch periodische Störungen des Strömungsfelds bzw. der Gemischzusammensetzung wird die Flamme so stark gestört, daß sie nicht mehr durch eine Abfolge quasistationärer Zustände beschrieben werden kann. Durch die Zeitabhängigkeit des Problems werden Zwischenprodukte der Verbrennungsreaktion Bedingungen ausgesetzt, die im stationären Fall nicht vorzufinden sind. Hierdurch können sich Verschiebungen der Reaktionspfade ergeben. Bei starken Störungen kann dies bis zu Lösch- und Wiederzündereignissen führen. Durch nichtlineare Wechselwirkungen mit dem Strömungsfeld entstehen komplexe zeitliche Abfolgen der Topologie der Flamme.       

Im Experiment sollen Parameterbereiche identifiziert werden, für welche die Flamme empfindlich auf aufgeprägte Störungen reagiert. Durch 2D-Rayleighstreuung und 2D-LIF sowie 1D-Raman-Spektroskopie sollen die Hauptspezies, ausgewählte Radikale und die Temperatur phasengekoppelt gemessen werden. Durch die Simulation von zeitperiodisch gestörten Flammenstrukturen unter Anwendung komplexer chemischer Kinetik wird der Zusammenhang zwischen einer Zielgröße, z.B. der Flammengeschwindigkeit oder der Amplitude der Störbewegung, und der eingebrachten Störung ermittelt. Hierauf aufbauend werden Modelle entwickelt, welche die Ausbreitung von instationären, gekrümmten und gestreckten Vormischflammen variabler Zusammensetzung beschreiben. Die hierfür erforderlichen Modellparameter werden aus den räumlich und zeitlich aufgelösten Flammenstrukturdaten extrahiert. Die entwickelten  Modelle erlauben die Simulation des Gesamtvorgangs wobei die Levelset-Methode zur Anwendung kommt. Der Vorteil dieser numerischen Methode ist die akkurate implizite Darstellung der Geometrie der Flamme. Die Simulation wird mit den laseroptisch bestimmten Meßdaten verifiziert. Das Experiment liefert Meßdaten zur inneren Struktur der Flamme, so daß gewährleistet werden kann, daß die Simulationen der Flammenstrukturen in Einklang mit den experimentellen Bedingungen sind. Weiterhin liefert das Experiment Daten des Gesamtprozesses und erlaubt somit die Verifizierung des Modells auf allen Längenskalen.       

Die Besonderheit des Teilprojekts ist die enge Vernetzung von zwei theoretischen Modellansätzen mit einem abgestimmten Experiment. Durch das Mitwirken der theoretischen Gruppen bei der Definition des Experiments und die Verknüpfung der hierarchischen Modellansätze untereinander wird gewährleistet, daß für die Problemstellung aussagefähige Daten bereitgestellt werden können, die den anderen Teilprojekten zur Verfügung stehen. Das Teilprojekt liefert wichtige Informationen für diejenigen Teilprojekte, die sich mit Verbrennungsinstabilitäten befassen (A6, A7, C1). Darüber hinaus ergibt sich ein enger Zusammenhang zu den Teilprojekten, die sich mit der Struktur von Flammen bei instationärer Verbrennung auseinandersetzen (A4, B1).       


  
Wissenschaftliche Mitarbeiter: 
Prof. Manfred Aigner
Telefon: +49(0)711/6862-309
Telefax: +49(0)711/ 6862-578
E-mail:

Dipl.-Ing. Karin König
Telefon: +49(0)721/608-4293
Telefax: 49(0)721/608-3931
E-mail:

Dr. Viatcheslav Bykov
Telefon: +49(0)721/608-8746
Telefax: 49(0)721/608-3931
E-mail:

Prof. Thomas Schulenberg
Telefon: 07247/ 82-3450
Telefax: 07247/ 82-4837
E-mail:

Dipl.-Ing. Marc Scherr
Telefon: +49(0)721/ 608-8747
Telefax:
E-mail:

Dipl.-Ing. Christian Bruzzese
Telefon: 07247 82 2047
Telefax: 07247 82 4837
E-mail:

Dr. Robert Schießl
Telefon: +49(0)721/608-8745
Telefax: 49(0)721/608-6798
E-mail: