Experimentelle Untersuchung der Flammenpropagation in partiell vorgemischten Freistrahlen

Partiell vorgemischte Verbrennung findet in einer Vielzahl von industriellen Feuerungen Anwendung. Nahezu alle industriellen Nutzfeuerungen und sicherheitskritische Feuerun- gen basieren auf dieser Flammenklasse, welche die Komplexität von vorgemischten und nicht vorgemischten Flammen vereint. Detaillierte Kenntnisse über das Flammenausbrei- tungsverhalten, die so genannte Flammenpropagation sind von grundsätzlicher Bedeutung bei der Auslegung von Feuerungs- und Antriebssystemen, da die Flammenpropagation ent- scheidend für den Erfolg oder Misserfolg des Zündungsprozesses ist. Grundlagenorientierte experimentelle Untersuchung der Flammenpropagation kann Einblicke in die Wirkprinzi- pien bieten, welche die Flammenpropagation kontrollieren und damit zu optimierung und Validierung numerischer Modelle beitragen. Um die zentralen Einfussparameter Mischung und Strömung bei der Flammenpropaga- tion messtechnisch zu erfassen werden die Planare Lasinduzierte Fluoreszenz (PLIF) des Aceton-Moleküls und die Stereoskopische Particle Image Velocimetry (SPIV) eingesetzt. Die Rohdaten der SPIV-Messungen erlauben dabei auf Basis des Gasdichtesprunges und der Strömungsverzögerung eine Abschätzung über den Reaktionsort der Flamme zu tref- fen. Auf diese Weise werden zeitaufgelöste Sequenzen von Strömungsgeschwindigkeiten in allen drei Raumrichtungen, Mischungsbruch und Flammenfrontposition mit hoher räum- licher Auflösung in einem ebenen Messfeld im Propagationsbereich der Flamme ermit- telt. Die Messverfahren werden durch Einsatz von Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kameras und leistungsfähigen gepulsten Festkörperlasern mit hohen Repetitionsraten zeitauflösend betrieben. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Experiments wird weltweit erstmalig die Hochgeschwindigkeits-SPIV simultan mit der Hochgeschwindigkeits-PLIF des Aceton- Moleküls in reagierender Strömung eingesetzt. Um die gewonnenen Rohdaten verarbeiten und interpretieren zu können werden leis- tungsfähige Datenverarbeitungsroutinen geschaffen. Durch einsatz von fortschrittlichen Wavelet-Entrauschungsverfahren kann das Kamerarauschen nahezu vollständig eliminiert werden. Die so optimierten Daten erlauben die Berechnung von Gradientengrößen wie der skalaren Dissipationsrate sowie die detaillierte Analyse des Mischungsbruches bei stöchio- metrischen Bedingungen. Zur Interpretation der Messergebnisse werden zunächst statistische Momente der gemes- senen Grßen herangezogen. Der Vergleich mit Ähnlichkeits- und Näherungslösungen aus der Literatur zeigt gute Übereinstimmung und belegt die Zuverlässigkeit von Mess- und Auswertungsmethodik. Die Betrachtung von isothermen Einzelmessungen verdeutlicht so- wohl Qualität der Messdaten als auch Komplexität der Strömungs- und Mischungsprozesse im isothermen Freistrahl. Einzelsequenzen belegen, dass die Flammenpropagation in vielen Fällen von der Mischung dominiert wird. In einigen Fällen zeigen sich weitere dominierende Faktoren, die Flam- menkrümmung und die damit verbundene -streckung werden als Einflusssparameter iden- tifiziert. Eine abschließende konditionierte statistische Analyse zeigt, dass es sich hierbei um seltene Sonderfälle handelt