FOR 1447: Physicochemical-based Models for the Prediction of Safety-Relevant Ignition Processes
Chemistry
Final Report Abstract
Die Forschungsziele der Forschergruppe wurden vollständig erreicht. So liegt ein anhand experimenteller Untersuchungen validiertes Modell vor, das für eine Vielzahl sicherheitsrelevanter Zündprozesse basierend auf detaillierten physikalisch-chemischen Modellen Zünd- und Brennbarkeitsgrenzen verschiedener in der Sicherheitstechnik relevanter Brennstoffe (Wasserstoff, Ethylen, Propan, Diethylether) erlaubt. Ein besonderer Fokus lag auf • der Bedeutung der chemischen Kinetik, • den Eigenschaften verschiedener Zündquellen in Bezug auf Fremdzündung, • der Wechselwirkung turbulenter Strömungsfelder mit chemischen Reaktionen. Insbesondere Selbstzündungsprozesse bei vergleichsweise tiefen Temperaturen werden sehr von der chemischen Kinetik dominiert. Ein in der Sicherheitstechnik beispielhafter Brennstoff, der ein ausgeprägtes Niedertemperaturverhalten zeigt, ist Diethylether. Für diesen Stoff liegt nun ein über große Temperaturbereiche validierter Mechanismus für die Selbstzündung vor (TP3). Bei der Zündung durch heiße Partikel konnte die Abhängigkeit der Zündtemperaturen von Partikelgröße, Stöchiometrie und Partikelart experimentell quantifiziert und numerisch modelliert werden (TP4). In TP5 gelang es verschiedene elektrische Zündquellen im Hinblick auf die Zündeffizienz und die Mindestzündenergie zu charakterisieren. Der Einfluss turbulenter Strömungsfelder auf die Zündung wurde in TP6 anhand direkter numerischer Simulationen untersucht. Hier gelang es, den stochastischen Charakter der Zündprozesse zu quantifizieren. Im TP 7 gelang es durch bildgebende Verfahren die detaillierten Prozesse bei der Zündung durch heiße Freistrahlen zu analysieren. Solche Zündungen durch heiße Freistrahlen waren Gegenstand des Modellierungs-Teilprojektes TP1. Basierend auf detaillierten Modellen wurde dort ein hierarchisches Modell entwickelt, das eine statistische Modellierung der Zündprozesse erlaubt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die Arbeiten der Forschergruppe nun ein wissenschaftlich fundiertes und experimentell validiertes Gesamtbild der Zündung sicherheitsrelevanter Brennstoffe vorliegt, ausgehend vom chemischen Elementarprozess über ausführliche und reduzierte Mechanismen bis hin zur Berücksichtigung von Transportprozessen. Eine Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse findet sich in „Zeitschrift für Physikalische Chemie, Vol. 231 (10) Special Issue: „Safety Relevant Ignition Processes“.
