Untersuchung laserbasierter Methoden zur Rußdiagnostik bei erhöhtem Druck

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5399324

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurde die laser-induzierte Inkandeszenz bei erhöhtem Druck untersucht. Folgende Ergebnisse konnten erfolgreich erzielt werden: Ein Hochdruckbrenner konnte konstruiert und gebaut werden, der stabile, laminare, vorgemischte rußende Ethylen/Luft-Flammen bis zu einem Druck von 10 bar stabilisiert. Ein LlI-Modell wurde aufgestellt, das das Simulieren sowie das Anpassen experimenteller LH-Signale ermöglicht. In dem Modell wurden aktuelle Ergebnisse der LII-Modellierung vereint, wie verschiedene Modelle für die Wärmeleitung sowie der Einfluss aggregierter Partikel. Für das LII-Modell, genannt LllSim, wurde ein Web-Interface erstellt, das das Simulieren sowie das Anpassen experimenteller LII-Signale ermöglicht. Das Web-Interface ist unter http://www.liisim.com nutzbar. Dadurch wurden die Ergebnisse dieses Projekts über das Internet Forschern weltweit zur Verfügung gestellt. LII-Signale konnten spektral aufgelöst bei Drücken bis 10 bar aufgenommen werden. Es wurden in diesen Experimenten keine störenden Interferenzen des Lll-Signals durch schmalbandige Fluoreszenz molekularer Spezies beobachtet. LII-Signale konnten zeitaufgelöst delektiert werden. Durch eine Anpassung simulierter LII- Signale an die experimentellen Signale konnte die Partikel großen Verteilung der Rußpartikel in der Hochdruckflamme ermittelt werden. Für die Auswertung wurden verschiedene Modelle für die Wärmeleitung verwendet, um zu untersuchen, welches Modell sich am besten eignet. Es ist gelungen, Rußproben aus der Hochdruckflamme zu entnehmen und diese im Transmissionselektronenmikroskop zu untersuchen. Auf diese Weise konnte neben den LII- Ergebnissen eine zweite, unabhängige Methode zur Ermittlung der Partikelgrößenverteilung in der Hochdruckflame herangezogen werden. Durch einen Vergleich zwischen den mittleren Durchmessern der log-normalen Partikelgrößenverteilung der LII-Ergebnisse und den Ergebnissen der TEM-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass für alle Drücke die Auswertung der LII-Signale mit dem Wärmeleitungsmodell von Fuchs unter zusätzlicher Berücksichtigung der reduzierten Wärmeleitung aufgrund aggregierter Partikel am besten mit den Ergebnissen der TEM-Untersuchungen übereinstimmt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• „Laser-induced incandescence (LII) for soot diagnostics at high pressure". Appl. Opt, 42, 2052-2062 (2003)
  M. Hofmann, W.G. Bessler, C. Schulz, H. Jander
  
• "Laser-induced incandescence and multi-line NO-LIF thermometry for soot diagnostics at high pressures". In: European Combustion Meeting (Louvain-la-Neuve, 2005)
  M. Hofmann, H. Kronemayer, B. F. Kock, H. Jander, and C. Schulz
  
• "Soot diagnostics at elevated pressure: laser-induced incandescence and multi-line NO-LIF thermometry". In: Laserinduced incandescence: Quantitative Interpretation, Modeling, Application, Intl. Bunsen Discussion Meeting and Workshop (Duisburg, Germany, 2005), ISSN 1613-0073, Vol. 195, CEUR Workshop Proceedings
  M. Hofmann, H. Kronemayer, B. F. Kock, H. Jander, and C. Schulz
  
• „Soot diagnostics at elevated pressure: Laser-induced incandescence and multi-line NO-LIF thermometry". In: Proceedings of the Fourth Australian Conference on Laser Diagnostics in Fluid Mechanics and Combustion, 1-8, McLaren Vale, South Australia (2005)
  M. Hofmann, H. Kronemayer, B. F. Kock, H. Jander, and C. Schulz
  
• "Laser-induced incandescence: recent trends and current questions". Appl. Phys. B 83, 333 (2006)
  C. Schulz, B. F. Kock, M. Hofmann, H. Michelsen, S. Will, B. Bougie, R. Suntz, and G. Smallwood
  
• "TR-LII for sizing of carbon particles forming at room temperature". Appl. Phys. B 83, 449-454 (2006)
  A.V. Eremin, E.V. Gurentsov, M. Hofmann, B.F. Kock, C. Schulz
  
• "Two-color time-resolved LII applied to soot particle sizing in the cylinder of a Diesel engine". Combust. Flame 147, 79-92 (2006)
  B. F. Kock, B. Tribalet, C. Schulz, and P. Roth
  
• "A web-based interface for modeling laser-induced incandescence (LIISim)". In: European Combustion Meeting (Chania, Greece, 2007), paper 5-11
  M. Hofmann, B. Kock, and C. Schulz
  
• "Modeling Laser-Induced Incandescence of Soot: A Summary and Comparison of LII Models". Applied Physics B: Laser and Optics, 87, 503-521 (2007)
  H. A. Michelsen, F. Liu, B. F. Kock, H. Bladh, A. Boiarciuc, M. Charwath, T. Dreier, R. Hadef, M. Hofmann, J. Reimann, S. Will, P.-E. Bengtsson, H. Bockhorn, F. Foucher, K.-P. Geigle, C. Mounaim-Rousselle, C. Schulz, R. Stirn, B. Tribalet, R. Suntz
  
• "Simultaneous application of time-resolved LII and particle mass spectrometry in sooting low-pressure flames". In: European Combustion Meeting, Chania, Greece, 2007, paper 5-9
  B. Tribalet, B.F. Kock, P. Ifeacho, C. Schulz
  
• Modeling laserinduced incandescence of soot: Coupling changes in mass and energy during sublimation and oxidation. Appl. Phys. B.87, 503-521 (2007)
  H.A. Michelsen, M.A. Linne, B.F. Kock, M. Hofmann, B. Tribalet, C. Schulz
  
• Laser-induced incandescence for soot particle sizing at elevated pressure. Appl. Phys. B90, 629-639 (2008)
  M. Hofmann, B. Kock, H. Jander, and C. Schulz