Quantifizierung von Turbulenz-Chemie-Phasen Wechselwirkungen

• Antragsteller: Fabian Hampp, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456687251

Das primäre Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Vertiefung des grundlegenden Verständnisses der Wechselwirkungen zwischen turbulenter Strömung, Reaktionschemie und mehreren Phasen. Dieses Verständnis ist für die Weiterentwicklung sauber, nachhaltiger und umweltfreundlicher Technologien von höchster Relevanz. Der Forschungsfokus liegt insbesondere auf der quantitativen Beschreibung von multilateralen Wechselwirkungen, welche entscheidend zu der Erweiterung der Brennstoff- und Lastflexibilität sowie der Emissionsreduzierung von Verbrennungssystemen beitragen. Entsprechende Technologien können unter Verwendung von erneuerbaren synthetischen Flüssigkraftstoffen nahezu emissionsfrei werden. Das Fehlen geeigneter Einspritz- und Verbrennungskonzepte beeinträchtigt jedoch die Realisierung der angestrebten Flexibilität bei simultan geringen Emissionen. Die Komplexität der inhärenten Nichtlinearitäten und multilateralen Wechselwirkungen auf mehreren Skalen geht mit einem Mangel an quantitativ belastbaren Daten einher. Letztere sind essenziell für den Aufbau des fundamentalen Verständnisses und einer entsprechenden Technologieentwicklung. Diese Lücke wird durch das vorliegende Forschungsvorhaben geschlossen. Insbesondere werden die Wirksamkeit von Gasphasenturbulenz sowie der Einfluss der Kraftstoff- und Reaktionschemie auf die Brennstoffinjektion und Verbrennung quantifiziert, mit dem Ziel aktiv den Gemischbildungsprozess zu fördern und die Emissionsbildung zu unterdrücken. In diesem Zusammenhang werden laserbasierte bildgebende Messtechniken entwickelt und zur simultanen Messung des Strömungsfeldes, repräsentativer Skalare und Phasen angewendet. Dies ermöglicht die involvierten nicht-linearen und multilateralen Wechselwirkungen von turbulenter Strömung, Reaktionschemie und mehreren Phasen aufzulösen. Zudem wird eine neuartige Analysemethode konzipiert, welche die Vorteile experimenteller und numerischer Ansätze kombiniert. Der Ansatz ermöglicht eine quantitative und, im Vergleich zu individuell eingesetzten Methoden, vollständigere Beschreibung der involvierten physiko- und thermochemischen Prozesse. Die gewonnen Erkenntnisse werden die Entwicklung kraftstoff- und lastflexibler Verbrennungskonzepte maßgeblich unterstützen und unter Verwendung von erneuerbaren Brennstoffen einen nahezu emissionsfreien Betrieb ermöglichen. Derartige Verbrennungssysteme werden Anwendung in innovativen Triebwerkskonzepten sowie in Gasturbinen zur Stromerzeugung finden. Des Weiteren bieten sie eine risikoarme Lösung zur Dekarbonisierung des Energie-, Industrie- und Transportsektors und sind unerlässlich den aktuellen Standard für Energiesicherheit, kontinuierliche Versorgung und Mobilität bei geringem CO2-Ausstoß zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Großgeräte: Intensifier Relay Optic Unit
• Gerätegruppe: 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek)
• Kooperationspartner: Professor Rune Peter Lindstedt; Dr. Salvador Navarro-Martinez