Forschung

Stabilität von Verbrennungssystemen

Die Wand kann zum Beispiel über katalytische Effekte in direkter Form den Reaktionsprozess beeinflussen. Bereits bei geringer chemischer Aktivität können über eine Radikalenadsorption an der Wand katalytische Prozesse von hoher Relevanz für Effekte wie Schadstoffbildung oder Flammenstabilität sein. Dies zeigt sich unter anderem darin, dass unterschiedlich beschaffene Wände einen entscheidenden Einfluss auf das Stabilitätsverhalten von Verbrennungssystemen haben können. Das Reaktions-Diffusions-System in der Gasphase wird zudem durch die hohen Gradienten an der Wand deutlich komplexer. Weiterhin werden eine Reihe von Schadstoffen, vor allem unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Ruß, bevorzugt in wandnahen Bereichen gebildet.

Effiziente Abgasnachbehandlung

Die Nachbehandlung von Schadstoffen im Abgasstrang erfolgt stets auf Oberflächen, welche sich meist als die inneren Wände von Kanälen in wabenförmigen Strukturen (Monolithen) darstellen. Diese Monolithen können mit katalytischem Material beschichtet sein, auf dem die chemische Reaktion zur Schadstoffreduzierung beschleunigt wird, oder sie werden als Filter konzipiert, um über einen gewissen Zeitraum Schadstoffe (Rußpartikel, Stickoxide, Ammoniak) zwischenzuspeichern. Wände im Abgasstrang, wie Abgasrohrwand oder Mischer, spielen aber auch eine große Rolle bei der Bereitstellung von Zusatzmitteln wie Ammoniak, die zur Schadstoffreduzierung eingesetzt werden. Auf diesen Wänden können sich zum Beispiel aus dem Reduktionsmittelvorläufer, der Harnstoff-Wasser-Lösung, unerwünschte Filme und feste Ablagerungen bilden. In allen diesen Fällen wechselwirken chemisch reagierende, turbulente Strömungen mit den festen Wänden.

Hohe Temperaturgradienten

Verbrennungs- und Abgassysteme sind durch geringe Temperaturen in direkter Wandnähe sowie durch hohe Temperaturgradienten gekennzeichnet, was zu besonderen Bedingungen bei der Wärmeübertragung führt. Die Mechanismen der Wärmeübertragung vom Fluid auf Wandoberflächen sind von zentraler Bedeutung und müssen im Kontext instationärer Prozesse verstanden werden, um die Reaktionsvorgänge in Wandnähe zu analysieren.