Chemielumineszenz und Wärmefreisetzung in periodisch angeregten turbulenten Flammen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Sattelmayer
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 28176520

In der zweiten Förderungsphase des Teilprojekts „Experimentelle Untersuchung der Chemilumineszenz periodisch angeregter, turbulenter Flammen sollen die in der ersten Antragsphase an einer freibrennenden Flamme entwickelten Messmethoden auf eingeschlossene Flammen unter erhöhtem Druck, sowie auf Diffusionsflammen ausgeweitet werden. Das bisherige Verfahren zur Bestimmung der Wärmefreisetzung basiert auf der kombinierten spektral aufgelösten und bandpassgefilterten, örtlich hoch aufgelösten Messung der Flammenchemilumineszenz mit einem Spektrographen sowie einer bildverstärkten Hochgeschwindigkeitskamera und erfordert noch die Annahme, es herrsche Rotationssymmetrie. Aus diesen Messdaten wird die lokale Luftzahl der Verbrennung als Ausgangsgröße zur Berechnung der lokalen Wärmefreisetzung in einem darauf folgenden Schritt bestimmt. Das Messverfahren ist durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras auch für instationäre oder nach Phasenmittelung auch für periodisch angeregte Flammen nutzbar. Die bisherigen Vorarbeiten für echt ortsauflösende Chemilumineszenzmessverfahren, welche die Annahme der Rotationssymmetrie nicht benötigen, sollen in der zweiten Antragsphase intensiviert werden. Für stationäre Flammen und niederfrequente dynamische Messungen soll das auf der Korrelationsanalyse basierende Verfahren dahingehend erweitert werden, dass zwei Spektralbereiche simultan erfasst werden können. Für angeregte Flammen und zur Erfassung hochfrequenter dynamische Effekte soll ein tomographisches Verfahren auf der Basis der inversen Radontransformation angewandt und an die spezifischen Fragestellungen des Paketantrags angepasst werden. In der zweiten Phase wäre es wünschenswert, die bisher an Eichflammen bestimmten Kalibrationskurven durch von Partnern des Paketantrags berechnete zu ersetzen. Ein weiterer wichtiger Aspekt soll die bisher nur ansatzweise durchgeführte Validierung der bisher entwickelten Verfahrensvariante sowie die Validierung der für die zweite Phase vorgesehenen Weiterentwicklungen sein; so soll die aus der Chemilumineszenz ermittelte Wärmefreisetzung unter anderem durch Temperaturmessungen und akustische Messungen überprüft werden, wie dies schon im Erstantrag für die zweite Projektphase vorgesehen war. Zudem ist geplant, die Untersuchung auf weitere, technisch relevante Brennstoffe wie Methan-Wasserstoff-Gemische und Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemische (Synthesegas) auszuweiten. Da deren CH*-Chemilumineszenz schwach ausgeprägt bzw. nicht vorhanden ist, können die Wärmefreisetzungsverteilungen nur auf der Basis einer neuen, noch zu entwickelnden Detektierungsstrategie analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen