Experimentelle Untersuchungen von Selbstzündungsprozessen mittels laseroptischen Methoden bei kHz-Wiederholraten

使用激光光学方法在 kHz 重复率下进行自燃过程的实验研究

• 批准号: 146291502
• 负责人: Professor Dr. Andreas Dreizler
• 金额: --
• 依托单位: Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2008-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/146291502?language=en
• 关键词: Experimentelle; Untersuchungen; von; Selbstz; ndungsprozessen

Selbstzündungsprozesse spielen in einer Vielzahl technischer Verbrennungsprozesse eine wesentliche Rolle. Hierzu zählen z.B. der direkteinspritzende Dieselmotor, das neue motorische Brennverfahren Compression Auto Ignition (CAI) oder mager vorgemischte Brennverfahren in Gasturbinen, wie z.B. das Konzept Lean Premixed Prevaporized (LPP). Diese Prozesse hängen neben den chemischen Zeitskalen wie der Induktionszeit in turbulenter Strömungsumgebung auch von Mischungsprozessen zwischen zündfähigen Gasvolumina und umgebender heißer Gasphase (Luft, Restgase) sowie lokalen Turbulenzstrukturen ab. Diese Prozesse können als Wechselwirkung zwischen Niedertemperaturchemie und Turbulenz zusammengefasst werden. Unter dem Begriff Niedertemperatur Chemie sind hierbei die chemischen Prozesse während der Induktionszeit zu verstehen, bei der vor allem partielle Oxidationsreaktionen zu einem Pool von reaktiven Zwischenprodukten bei nur geringer Temperaturänderung führen. Basierend auf Erkenntnissen aus direkten numerischen Simulationen (DNS) und einigen wenigen ersten Experimenten sollen in diesem Projekt Selbstzündungsprozesse in einer generischen Konfiguration untersucht werden. Dabei handelt es sich um einen turbulenten Jet, der in eine heiße turbulente Luftumgebung propagiert. Während der Fokus bisheriger experimenteller Untersuchungen ausschließlich auf der Gewinnung statistisch unabhängiger Informationen lag, soll hier explizit die raum-zeitliche Dynamik von Selbstzündungsprozessen untersucht werden. Hierfür werden unter Nutzung neuester Entwicklungen auf dem Gebiet der laseroptischen Hochgeschwindigkeitsdiagnostik simultan Skalar- und Geschwindigkeitsfeld verfolgt, so dass eine Abfolge statistisch abhängiger Momentaufnahmen es ermöglicht, individuelle Selbstzündungszentren in ihrem zeitlichen Verlauf zu verfolgen. Das Strömungsfeld wird über die particle image velocimetry (PIV) und als Schlüsselkomponenten des Skalarfeldes wird die Formaldehyd- und Hydroxyl-Konzentration über die planare laserinduzierte Fluoreszenz (PLIF) gemessen. Das besondere Merkmal dieser Messungen ist, dass die genannten zweidimensionalen Felder simultan bei bis zu 10 kHz Wiederholrate so durchgeführt werden, dass die zeitliche Entwicklung von der Bildung von Zündkernen, ihrer Interaktion mit dem lokalen Turbulenzfeld bis hin zur Bildung einer turbulenten Flamme verfolgt werden. Eine parametrische Variation der Induktionszeit ((ign) relativ zum turbulenten Zeitmaß ((turb) über Variation der Brennstoffzusammensetzung, der umgebenden Lufttemperatur und der Turbulenzstrukturen soll es ermöglichen, die Wechselwirkung zwischen Turbulenz und Niedertemperaturchemie in einem weiten Bereich zu charakterisieren und zu analysieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen auch zukünftigen Modellentwicklungen dienen, die für die numerische Simulation der eingangs genannten Verbrennungsprozesse unerlässlich sind.

Selbstzündungsprozesse spielen in einer Vielzahl technischer Verbrennungsprozesse eine wesentliche Rolle. Hierzu zählen z.B.直接驱动柴油发动机，新的发动机压缩自动点火（CAI）或在Gasturbinen的发动机，如z.B. das Konzept Lean Premixed Prevaporized（LPP）。这一过程将化学时代与工业时代相结合，工业时代也将混合气过程转化为高气体积和高气相（Luft，Restgase）过程，并将其转化为局部湍流结构。这一过程是通过热化学和湍流的相互作用来实现韦尔登的。Unter dem Begriff Niedertemperatur Chemie sind hierbei die chemischen Prozesse während der Induktionszeit zu verstehen，bei der allem partielle Oxidationsreaktionen zu einem Pool von reaktiven Zwischenprodukten bei努尔geringer Temperaturänderung führen.基于直接数值模拟（DNS）和一个简单的实验，可以在一个通用的韦尔登中解决这个项目的自适应过程。大北有一架喷气式飞机，在一架直升机上进行宣传。通过Fokus bisheriger experimenteller Untersuchungen ausschließlich auf der Gewinnung statistsch unabhängiger Informationen lag，soll discriminizit die roum-zeitliche Dynamik von Selbstzündungsprozessen untersucht韦尔登. Hierfür韦尔登下Nutzung neuester Entwicklungen auf dem Gebiet der laseroptischen Hochgeschwindigkeitsdiagnostik simultan Skills- und Geschwindigkeitsfeld verfolgt，so dass eine Abfolge statistics abhängiger Momentaufnahmen es ermöglicht，individuelle Selbstzündungszentren in ihrem zeitlichen Verlauf zu verfolgen.该方法采用粒子图像测速技术（PIV），并通过平面激光诱导荧光（PLIF）测量甲醛和羟基浓度。最重要的是，在韦尔登的作用下，二维湍流场与10 kHz的湍流场同时发生，从而产生了一种韦尔登的相互作用。一种相对于工业生产时间的参数化变化（（turbb）über变化，即湍流温度和湍流结构的变化，在此基础上，对湍流和温度化学进行了表征和分析。Die gewonnenen Erkenntnisse sollen auch zukünftigen Modellentwicklungen dienen，die für die numerische Simulation der eingangs genannten Verbrennungsprozesse unerlässlich sind.