Das Projekt "Der Einfluss der Kruemmung und der Streckung auf die turbulente Brenngeschwindigkeit von Wasserstoff- und Kohlenwasserstoff-Luft-Flammen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, den Einfluss lokaler Kruemmung und Streckung der Flammenfront auf die turbulente Brenngeschwindigkeit theoretisch zu untersuchen. Dazu soll vom Flamelet-Konzept fuer Vormischflammen ausgegangen werden und aus einer lokalen Bilanz der Interaktion von Flammenausbreitungsgeschwindigkeit, Brenngeschwindigkeit und Stroemungsgeschwindigkeit eine Differentialgleichung fuer eine Feldvariable F hergeleitet werden, deren zeitlicher Mittelwert als mittlere Fortschrittsvariable interpretiert werden kann. Die Schliessung der Gleichung erfordert eine Aussage ueber die mittlere Flammenflaeche pro Volumeneinheit, die mit der mittleren skalaren Dissipationsrate in Verbindung gebracht werden soll. Es soll eine zweite Gleichung fuer die mittlere skalare Dissipationsrate verwendet werden, so dass das Gleichungssystem geschlossen ist. Hieraus soll die Abhaengigkeit der turbulenten Brenngeschwindigkeit von reaktionskinetischen Parametern und Turbulenzgroessen berechnet werden.
Das Projekt "Teilprojekt - Numerische Simulation und Modellierung elementarkinetischer Vorgaenge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. Von Seiten des Instituts fuer Technische Mechanik sollte eine detaillierte chemische Beschreibung der Schadstoffbildung im DI-Dieselmotor entwickelt werden. Als Ausgangspunkt wird ein Modellkraftstoff aus 30 Prozent Alpha-Methylnaphthalin und 70 Prozent n-Dekan verwendet. Der Startmechanismus besteht aus 450 Elementarreaktionen und 98 chemischen Komponenten. Erste Rechnungen wurden durchgefuehrt. Die Ergebnisse der Simulation fuer Zuendverzugszeiten im homogenen Reaktor stimmen sehr gut mit experimentellen Daten ueberein.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. OXYCOAL-AC/ITM/BP1: 1.) Ziel ist es, die Interaktion von Strömungsturbulenz und Verbrennungschemie detailliert mathematisch zu beschreiben. Der Modellierungsansatz des Flamelet-Konzepts nutzt die Separierung der Skalen von Turbulenz und Chemie aus und ermöglicht bei auch für den industriellen Einsatz tolerablen Rechenzeiten eine detaillierte Beschreibung der Reaktionskinetik und der Schadstoffbildung in einer turbulenten dreidimensionalen Strömung. 2.) Für die Kohleverbrennung in O2-CO2-Atmosphäre muss die charakteristische chemische Kinetik für die Gasphase erarbeitet werden. Die Spezieskonzentrationen, die Zerfallskanäle bei der Oxidation und die Schadstoffentstehung von NOx werden durch detaillierte und reduzierte chemische Mechanismen im Detail aufgelöst. Der Besonderheit des Verbrennungsprozesses im FLOX-Modus, die vom großen Anteil rezirkulierenden Abgases im Brennraum herrührt, soll bei der Aufstellung der Mechanismen besonders berücksichtigt werden. 3.) Die erarbeiteten Kinetiken für Verbrennung und Schadstoffbildung werden in der 2. Bearbeitungsphase als Modul in einen angepassten turbulenten Strömungslöser integriert, der die Brennkammersimulation durchführen soll.
Das Projekt "Direkte numerische Simulation turbulenter Vormischflammen auf der Basis einer skalaren Feldgleichung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. Das Forschungsvorhaben dient zur Analyse der Interaktion einer Vormischflamme mit einem turbulenten Stroemungsfeld. Um die Vielzahl der dabei auftretenden Einflussparameter zu begrenzen, wird die Annahme einer duennen Flammenfront getroffen, deren Aufenthaltsort durch eine skalare Feldgleichung beschrieben wird. Durch dieses Flameletkonzept fuer die vorgemischte Verbrennung gelingt es, die chemischen von den stroemungsmechanischen Vorgaengen zu trennen. Es existieren dann vier massgebliche Parameter, die in ihrer direkten numerischen Simulation einer Variation unterzogen werden: die laminare Brenngeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich die Flamme durch ein ruhendes Gas bewegt, die Marksteinlaenge, die die Sensitivitaet der Flamme gegenueber Kruemmung und Streckung angibt, das Dichteverhaeltnis der verbrannten und unverbrannten Gase sowie die Reynoldszahl der Stroemung. Die ermittelten Ergebnisse sollen zu einem tieferen Verstaendnis der turbulenten, vorgemischten Verbrennung fuehren, um eine fundierte Modellierung, insbesondere der turbulenten Brenngeschwindigkeit, zu ermoeglichen. In einem ersten Schritt wurde die Dichteaenderung durch die Verbrennung vernachlaessigt, so dass die Flamme keine Rueckwirkung auf das Stroemungsfeld hat, und die laminare Brenngeschwindigkeit sowie die Marksteinlaenge wurden variiert. Dabei gelang es, zwei unterschiedliche Regimes der Flammenausbreitung zu identifizieren. Bei hohen Brenngeschwindigkeiten und kleinen Marksteinlaengen erfolgt die Propagation der Flamme nach dem Huyghen'schen Prinzip, waehrend sie sich bei kleinen Brenngeschwindigkeiten und grossen Marksteinlaengen wie ein diffuser Skalar verhaelt.