Projektbereich A: Generische Prozesse und Messtechnik

Projektbereich A: Generische Prozesse und Messtechnik

Das Verhalten chemisch reaktiver Strömungen wird in entscheidender Weise durch die Anwesenheit von Wänden beeinflusst. Dies gilt für zahlreiche technologisch und wissenschaftlich bedeutsame Prozesse, wie die Schadstoffbildung in Verbrennungssystemen, die Bildung prozessstörender Ablagerungen in der Energie- oder Verfahrenstechnik oder allgemein katalytische Effekte. Wandnahe Prozesse beeinflussen in entscheidender Weise neue Technologiekonzepte. Beispiele sind die Entwicklung von Motoren, Gasturbinen, Kraftwerken oder Prozessen in der verfahrenstechnischen Industrie. Trotz ihrer hohen Bedeutung sind die zugrunde liegenden Einzelmechanismen und ihr Zusammenwirken nicht oder nur unzureichend bekannt.

Innerhalb des Projektbereichs A werden anhand von fünf Einzelprojekten diese zugrunde liegenden Prozesse (Filmverdampfung und Spray-Film Interaktion in Mehrphasenumgebung, Verbrennung in Wandnähe etc.) in vereinfachter, generischer Umgebung untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen der Validierung der Simulationen und Modelle aus Projektbereich B sowie dem Verständnis der Prozesse.

Daneben werden in diesem Projektbereich laserbasierte Messtechniken entwickelt, mit denen die thermokinetischen und strömungsmechanischen Parameter (Temperatur, Spezieskonzentration, Geschwindigkeitsfeld etc.) in Wandnähe gemessen werden können. Diese Messtechniken werden zur Untersuchung der Leitbeispiele in Projektbereich C eingesetzt.

Projektbereich A: Generische Prozesse und Messtechnik
Strömungs-und Temperaturfeld in Wandnähe bei instationärer Wärmeübertragung

Ziel des Teilprojektes A01 (Stephan) Experimentelle Untersuchung der Filmverdampfung von Mehrkomponentensystemen mit Neigung zur Bildung von Ablagerungen ist es, ein grundlegendes Verständnis der thermo- und strömungsdynamischen Phänomene und Bedingungen zu erlangen, die zur Bildung von Kraftstoff- oder Harnstoffablagerungen an den Wandmaterialien führen. Hierzu sind die Filmströmungsregime, der lokale Wärme- und Stofftransport sowie die Benetzungseigenschaften und deren Auswirkungen mit innovativen experimentellen Methoden zu untersuchen.

Das Teilprojekt A02 (Tropea/Roisman) Tropfen-/Sprayaufprall auf Wandfilmen verschiedener Flüssigkeiten befasst sich mit Tropfen- bzw. Spray-Wand-Wechselwirkungen in Motoren und Abgasnach-behandlungssystemen. Gemischbildung und Emissionen moderner Verbrennungssysteme werden entscheidend durch Spray-Wand-Wechselwirkungen beeinflusst, entweder im Brennraum selbst oder auch im Abgasstrang. Um diese Spray-Wand-Wechselwirkungen zu verstehen, werden neue Messverfahren und neue theoretische Modellierungsansätze entwickelt.

Die Untersuchung der Flamme-Wand-Interaktion bei rußender Verbrennung und Wandablagerungen bildet den Schwerpunkt des Teilprojektes A03 (Suntz). Ziel des Projektes ist es, an einem einfachen generischen Brennersystem den Einfluss von Ablagerungen, bestehend aus beispielsweise Verkokungen, Ruß oder gezielt aufgebrachten keramischen Beschichtungen, auf die Flamme-Wand-Interaktion zu untersuchen. Dabei soll geklärt werden, wie sich diese Ablagerungen bzw. Beschichtungen auf die auf die Wand zulaufende Reaktionszone der Flamme sowie auf den Wärmestrom und die Temperatur der Wand auswirken.

Die Detaillierte experimentelle Untersuchung thermokinetischer und strömungsmechanischer Eigenschaften von Flamme-Wand-Interaktionen steht im Fokus des Teilprojektes A04 (Dreizler). In diesem Teilprojekt sollen modernste laseroptische Methoden erarbeitet und angewandt werden, um Flamme-Wand-Wechselwirkungen detailliert zu untersuchen. Hierfür kommen durchdachte generische Geometrien zum Einsatz, bei denen sich chemische und strömungsmechanische Kernparameter gezielt und bei reproduzierbaren Randbedingungen variieren lassen.

Für die Untersuchung der komplexen physikalisch-chemischen Zusammenhänge in Wandnähe sollen im Teilprojekt A05 (Ebert/Wagner) Bestimmung thermochemischer Parameter in Gasphasengrenzschichten und Flüssigphasenfilmen mittels Laserabsorptionsspektroskopie neue experimentelle Methoden entwickelt werden, die eine zeitlich und räumlich aufgelöste Diagnostik wandnaher Prozesse ermöglichen. Mittels berührungsfreier In-situ-Messmethoden werden hierfür generische Strömungssysteme studiert, die bei gut zu simulierenden Geometrien eine flexible Variation der Parameter der mehrphasigen Strömungen gestatten und somit eine Validierung ermöglichen.