Verbrennung von Ammoniak unter anwendungsnahen Bedingungen: Eine Fallstudie zur Verbesserung von Strahlungsmodellen und Reaktivitätsvorhersagen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Joachim Beeckmann
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469834263

Das Projektziel gliedert sich in zwei Teilbereiche: Erstens sollen neue experimentelle Daten von Ammoniakflammen, die bei hohen Drücken und Temperaturen gemessen wurden, bereitgestellt werden; zweitens soll eine robuste Methodik zur genauen Messung laminarer Flammengeschwindigkeiten mit Hilfe der optischen und der Messmethode über den Druckanstieg unter besonderer Berücksichtigung von Strahlungs- und Auftriebseffekten entwickelt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die laminaren Flammengeschwindigkeiten von Ammoniakgemischen in zwei komplementären Versuchsaufbauten unter anwendungsnahen Bedingungen, d.h. bei bisher nicht untersuchten hohen Temperaturen und Drücken gemessen. Zur Beurteilung von Strahlungseffekten werden am ITV-RWTH Aachen repräsentative Messungen in einem kugelförmigen Verbrennungskammer mit optischen Abbildungsmethoden (Schlieren- und Particle Image Velocimetry (PIV)-Techniken) unter normaler Schwerkraft durchgeführt. Ergänzende Messungen der laminaren Flammengeschwindigkeit unter Verwendung eines neu entwickelten Versuchsaufbaus, der es erlaubt, den Druckanstieg aufgrund der Flammenausbreitung in der geschlossenen Kammer wie auch den fortschreitenden Flammenradius über den gesamten Kammerdurchmesser aufzuzeichnen, werden in einem kollaborierenden Ansatz am ICARE-CNRS in Orléans, Frankreich, durchgeführt. Diese Technik wurde kürzlich erfolgreich eingesetzt, um laminare Flammengeschwindigkeiten von Methan/Luft-Gemischen bei hohem Druck und hoher Temperatur zu erhalten. Die Methode hat den Vorteil, dass sie nicht durch Strahlungswärmeverluste beeinträchtigt wird. Bekanntermaßen breiten sich Ammoniak/Luft-Flammen mit niedriger Geschwindigkeit aus, so dass nicht nur Strahlungsverluste, sondern zunehmend auch Auftriebseffekte die Flammenausbreitung beeinflussen. Experimente unter Schwerelosigkeit mit der Kammer des ITV, RWTH Aachen in der Fallturmanlage ZARM, Bremen sind daher ein essentieller Bestandteil des Forschungsvorhabens, um den Einfluss des Auftriebs zu unterdrücken und dabei Messungen für langsame, stark durch Strahlung beeinflusste Ammoniak/Luft-Flammen zu erhalten. Die unter normaler Schwerkraft mit beiden Aufbauten gemessenen Flammengeschwindigkeiten und die unter Schwerelosigkeit gemessenen werden verwendet, um eine empirische Methode zur besseren Berücksichtigung von Wärmeverlusten durch Strahlung bei äußerst langsam brennenden Flammen bereitzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen