Experimentelle und numerische Untersuchungen von Zünddurchschlägen

Als Teilprojekt der DFG-Forschergruppe FOR 1447 „Safety Relevant Ignition Processes“ wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Technische Thermodynamik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Zündung ruhender Brennstoff/Luft-Gemische durch heiße Freistrahlen erforscht. Ziel ist es zunächst, die vor der eigentlichen Zündung ablaufenden Mischungsprozesse bei Zünddurchschlägen zu untersuchen, da über die Mischungs- und Turbulenzvorgänge für diese Systeme bisher noch wenig bekannt ist. Im Rahmen dieser Untersuchung wird die zeitliche Entwicklung der Eindringtiefe und der maximalen radialen Ausdehnung von transienten Freistrahlen variabler Dichte zum einen experimentell, zum anderen numerisch unter Anwendung von PDF-Simulationen untersucht. Bei den Messverfahren handelt es sich um zeitaufgelöste, nicht-invasive laserdiagnostische Methoden. Um die Mischungsvorgänge von den bei einer Zündung durch heiße Freistrahlen auftretenden chemischen Reaktionen zu entkoppeln, werden zunächst nicht-reaktive Helium/Stickstoff-Freistrahlen untersucht. Vergleicht man die experimentell ermittelten Daten mit numerischen Berechnungen, ergeben sich gute Übereinstimmungen. Berechnungen der Eintrittsgeschwindigkeit ergaben Werte im Bereich von 300 m/s bis 400 m/s (Ma < 0,6). Des Weiteren wurde für Abstände größer als 9 bis 10 Düsendurchmesser ein asymptotisches Freistrahlbreite-zu-Eindringtiefe-Verhältnis von näherungsweise 0,4 bestimmt. Bei größeren Abständen weisen die Freistrahlen eine selbstähnliche Struktur auf