Experimentelle und reaktionskinetische Untersuchungen über die Bildung von NO unter erhöhten Drücken mittels Laserdiagnostik an einer Rapid Compression Machine

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Heufer; Professor Dr.-Ing. Hans-Jürgen Koß
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418305555

Die Reduzierung von Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen gehört zu den größten Herausforderungen der internationalen Staatengemeinschaft. Dabei gilt es nicht nur die globalen Treibhausgasemmissionen sondern auch die lokalen Schadstoffkonzentrationen zu senken. In diesem Zusammenhang ist eine genaue kinetische Beschreibung der Schadstoffbildung von entscheidender Bedeutung, um deren Entstehungsprozess zu verstehen, zu modellieren und damit geeignete Gegenmaßnahmen zu entwickeln.Daraus leitet sich auch das übergeordnete Ziel dieses Antrages ab, eine verbesserte Beschreibung der Stickoxidkinetik zu erhalten. Dabei wird ein kombinierter Ansatz aus theoretischer und experimenteller Arbeit verfolgt. Auf der theoretischen Seite sollen kinetische Modelle mit Hilfe aus der Literatur bekannten Daten und den in diesem Projekt neuen Messdaten optimiert werden. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf dem Niedertemperaturmechanismus des Stickoxides, da in diesem Temperaturbereich aktuelle Modelle noch eine große Streubreite in ihren Vorhersagen aufweisen. Auf experimenteller Seite werden in einer Rapid Compression Machine (RCM) Untersuchungen mit NO gedopten Kraftstoff-Luft-Mischungen durchgeführt. Es sind quantitative berührungslose Messungen der NO-Konzentration und der Temperatur während der frühen Verbrennung vorgesehen. Wegen des Auftretens von Temperaturgradienten, zumindest in Randschichten, soll ortsaufgelöste optische Messtechnik eingesetzt werden. Sie basiert größtenteils auf spontaner Raman-Streuung (SRS) und laserinduzierter Fluoreszenz (LIF). LIF soll zur quantitativen Messung von NO eingesetzt werden. Temperatur und Lichtabschwächung sollen mit SRS gemessen werden. Die Bestimmung der Lichtabschwächung ist insbesondere zur Quantifizierung von NO-LIF nötig. Im ultravioletten Spektralbereich (UV) kann die Abschwächung schon in der frühen Verbrennung sehr erheblich sein. Der effiziente NO-Nachweis mit LIF erfordert Diagnostik im UV. Eindimensionale Temperaturprofile werden aus der spektralen Linienform von N2-SRS ermittelt.In der ersten Projekthälfte ist die von LTT-Mitarbeitern zu prüfende wichtigste Hypothese, dass sich eine kürzlich für motorische Einspritzstrahlen entwickelte SRS/LIF-Messtechnik für Temperatur, Lichtabschwächung und NO-Konzentration auf die oben genannten Prozesse in der RCM anwenden lässt und in leicht modifizierter Form eine mindestens ebenso hohe Genauigkeit der Quantifizierung aufweist. Die Grenzen dieser Messtechnik in der vorliegenden Anwendung sollen ausgelotet werden. In ausgewählten Fällen des RCM-Betriebs soll die Quantifizierung vollständig durchgeführt werden. Diese Ergebnisse stellen eine wichtige Planungsgrundlage für die zweite Projekthälfte dar und dienen als wichtige Validationsgröße für die zu entwickelnden kinetischen Modelle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gerd Grünefeld