Hierarchische Modellierungskonzepte für Zündprozesse von fluorierten Kältemitteln

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Maas
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497007546

Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines hierarchischen mathematischen Modells zur Simulation der Zündung von fluorierten Kältemitteln (R32 (Difluormethan), R1234yf (2,3,3,3-Tetrafluorpropen) und R1234ze (trans-1,3,3, 3-Tetrafluorpropen)) unter laminaren und turbulenten Bedingungen. Experimentelle und theoretische Ergebnisse der Projektpartner werden zur Modellvalidierung und Modellentwicklung genutzt. Die Modellentwicklung basiert auf detaillierten numerischen Simulationen, Analysen und Modellreduktionen für die chemische Kinetik und ihre Kopplung mit molekularem Transport, sowie statistischen Modellen für die Zündwahrscheinlichkeit. Der Fokus des Teilrojektes liegt auf der Anfangsphase des Zündvorgangs und insbesondere auf der Wechselwirkung der chemischen Kinetik mit molekularen Transportprozessen. Insbesondere werden folgende Fragen behandelt: Welchen Einfluss hat die Zündquelle auf die Bildung des initialen Flammenkerns? Haben Reaktionen von Ionen einen wichtigen Einfluss auf die chemische Kinetik? Welche Mechanismen bestimmen die Flammenkernbildung bei kleinen Zündradien? Verändert die geringe Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von fluorierten Verbindungen das frühe Stadium der Zündung qualitativ? Gibt es einen Unterschied zwischen Mindestzündenergien für die Zündung des Kerns und die Ausbildung einer selbsterhaltenden Flammenausbreitung? Wie wichtig sind statistische Schwankungen der Zündkernbildung? Um diese Fragen zu beantworten, werden detaillierte numerische Simulationen unter Verwendung detaillierter kinetischer Mechanismen in Kombination mit detaillierten Transportmodellen für neutrale und geladene Spezies durchgeführt. Um sich auf die physikalische Chemie der zugrunde liegenden Prozesse zu konzentrieren und detaillierte Berechnungen zu ermöglichen, liegt der Schwerpunkt auf räumlich eindimensionalen Konfigurationen (einschließlich Krümmungs- und Streckungseffekten), und eine Erweiterung auf zweidimensionale Konfigurationen wird nur für kritische Testfälle durchgeführt. Darüber hinaus werden Zeitskalenanalysen für das gekoppelte Reaktions-Diffusionssystem basierend auf dem Konzept der Reaktions-Diffusions-Mannigfaltigkeiten (REDIM) durchgeführt. Dies wird es ermöglichen, die maßgeblichen Teilprozesse zu identifizieren und reduzierte gekoppelte Reaktions-Diffusions-Modelle zu entwickeln, die dann für hierarchische statistische Modelle für den Zündprozess verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5507: ExRef: Explosionsgefahren von Kältemitteln mit geringem Treibhauspotenzial