Die Kombination von numerischen Methoden eines neuen linearen Transformationsmodells mit Laser-Messverfahren zur Charakterisierung laminarer Flammen
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Innerhalb dieses Projekts konnten neue fundamentale experimentelle Daten gewonnen und analysiert werden, um die Genauigkeit zukünftiger chemisch-kinetischer Modelle zu verbessern. Dazu konnten Quantitative Speziesprofile in laminaren Flachflammen und Bunsenflammen von Brennstoffmischungen aus Ethan, Methan und Wasserstoff ermittelt werden. Als Messmethoden kamen die Raman-Spektroskopie sowie die laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) von OH und NO zum Einsatz. Erstmalig wurden dabei neue experimentelle Methoden entwickelt und eingesetzt. So konnte die sogenannte Methode des Periodic-Shadowing mit der Ermittlung der Raman-Spektren kombiniert werden. Mit dieser Methode konnten störende Hintergrundsignale entfernt werden und die Qualität der Raman-Spektren konnte signifikant erhöht werden. Mit der gewonnenen Qualität konnte z. B. die Genauigkeit der Temperaturbestimmung über die Signatur des N2-Signals deutlich gesteigert werden. Im Rahmen der Messungen der laserinduzierten Fluoreszenz konnte eine neue Methode zur Kalibrierung der OH-LIF entwickelt werden. Dabei war hierbei es möglich, die konventionelle Kalibrierung der NO-LIF direkt auf die OH-LIF zu übertragen. Weiterer Bestandteil der Untersuchung war die numerische Analyse der experimentellen Daten mit chemisch-kinetischen Modellen. Durch diese Analyse konnten die Genauigkeit der Experimente validiert werden. Dabei konnten die experimentellen Daten dieses Projekts erfolgreich in eine umfangreiche Optimierung chemisch-kinetischer Modelle mit dem linearen Transformationsmodell integriert werden. Gleichzeitig konnte dadurch die Konsistenz der Experimente weiter bestätigt werden. Als unerwartetes Ergebnis konnte innerhalb dieses Projekts durch Kombination der experimentellen und numerischen Methoden eine neue Methodik der partikellosen Bestimmung laminarer Brenngeschwindigkeiten entwickelt werden. Dabei eignet sich diese Methodik besonders zur Ermittlung relativ langsamer Brenngeschwindigkeiten, die vorherig lediglich mit sehr hohen Unsicherheiten bestimmt werden konnten. Als interessante zukünftige Arbeiten könnten mit dieser neuen Methodik laminare Brenngeschwindigkeiten von niederkalorischen Brennstoffen wie z. B. von Ammoniak oder anderen Schwachgasen genauer ermittelt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2020) Experimental and modeling study of nitric oxide formation in premixed methanol + air flames. Combustion and Flame 213 322–330
Brackmann, Christian; Methling, Torsten; Lubrano Lavadera, Marco; Capriolo, Gianluca; Konnov, Alexander A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2019.11.043) - (2019). High accuracy flame investigation using Raman spectroscopy with periodic shadowing. Gordon Research Conference, Laser Diagnostics in Energy and Combustion Science. Les Diablerets, Schweiz
H. Kim, J. Larsson, M. Gong, T. Methling, A. Ehn, C. Brackmann, M. Aldén
- (2019). Study of laminar burning velocities and NO formation for methanol-air flames. In: Proceedings of the 9th European Combustion Meeting (ECM 2019), Lissabon, Portugal
C. Brackmann, T. Methling, M. Lubrano Lavadera, G. Capriolo, A.A. Konnov
