Clean Circles

Experimentelles Teilprojekt: Untersuchung der laminaren Verbrennungswellengeschwindigkeit und -struktur in Eisenstaubbrennern vom Typ Bunsen

Ziel dieses Projektes ist es, die resultierende Verbrennungswellengeschwindigkeit, "Flammentemperatur" und Oxidationswellenstruktur sowie den resultierenden Eisenpartikel-Oxidationsgrad von Eisenstaubflammen in Abhängigkeit von der Luftvorwärmung, dem Gesamtluft-Brennstoff-Verhältnis, dem Partikeldurchmesser und in einem späteren Schritt der Luft-/Partikel-Relativgeschwindigkeit unter wohldefinierten Referenzrandbedingungen experimentell zu bestimmen.

Um dieses Ziel zu erreichen, erfolgt zunächst die Konstruktion und Herstellung eines Eisen-„Staub“-Partikelbrenners, der als Bunsenbrenner ausgeführt ist. Die Schaffung einer homogenen Beladung ist von besonderer Bedeutung, um vor allem den Einfluss des Luft-Brennstoff-Verhältnisses richtig zu bestimmen. Anschließend werden die zur Bestimmung der Flammengeschwindigkeit notwendigen Messverfahren und die Analyse der thermischen Wellenstruktur erprobt und ggf. angepasst, um die Flammengeschwindigkeit und die Temperaturverteilung in Abhängigkeit von den genannten relevanten Größen zu bestimmen.

Darüber hinaus werden in einer späteren Phase des Projekts die experimentell ermittelten Verbrennungswellengeschwindigkeiten auf der Basis von reaktionskinetischen Daten aus dem Projekt von O. Deutschmann modelliert. Auch die resultierenden Unterschiede in der effektiven Verbrennungswellengeschwindigkeit aufgrund der Relativgeschwindigkeiten zwischen Partikel und umgebender Luft werden in Zusammenarbeit mit numerischen Daten aus dem Projekt von C. Hasse und experimentellen Daten aus dem Projekt von N. Zarzalis modelliert.

 

Wissenschaftliche Fragestellungen:
  • Welcher Zusammenhang besteht zwischen der effektiven Oxidations-/Thermowellengeschwindigkeit unter laminaren Strömungsbedingungen und Parametern wie der Temperatur der Edukte, dem gesamten Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis, dem Partikeldurchmesser und der Partikelanzahlkonzentration?

  • Der Einfluss der Partikelstruktur unter laminaren Strömungsbedingungen sollte systematisch berücksichtigt werden.

  • Darüber hinaus sollte in einem späteren Schritt die Relativgeschwindigkeit der Partikel zum umgebenden Luftstrom unter wohldefinierten Referenz-Randbedingungen geklärt werden, um Referenzdaten für ein turbulentes Verbrennungswellen-/Flammengeschwindigkeitsmodell zu erhalten.

 

Eisenverbrennung (links) und Flamme eines Bunsenbrenners (rechts)

 

Numerisches Teilprojekt: Einfluss der Turbulenz auf die Flammenausbreitung in Eisenstaubsuspensionen

Die intensivierte Reaktions-Transport-Kopplung bei der thermochemischen Oxidation wird in einem optisch zugänglichen Druckkessel experimentell untersucht, in dem homogen isotrope Turbulenz über Ventilatoren angeregt wird.

1. Phase (14 Monate)
  • Auslegung des Druckbehälters inklusive Turbulenzgeneratoren unter Anwendung von LES

  • Ziele:

    • Homogene Partikelbelastung

    • Möglichkeit zur Variation der Turbulenzintensität und der Längenskala

2. Phase
  • Herstellung des Druckbehälters und Inbetriebnahme

  • Entwicklung der Messmethode für die Flammenausbreitungsuntersuchung

  • Untersuchung des Einflusses von Turbulenz und Eisenpartikeleigenschaften auf die Flammenausbreitung im Druckbehälter