M.Sc. Florian Zentgraf

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Persönliche Forschungsinteressen:

Flamme-Wand-Interaktion, thermographische Phosphorthermometrie, Applikation und Weiterentwicklung Laser-diagnostischer Methoden für technische Prozesse, innermotorische Verbrennung, Turbulenzphänomene

Flamme-Wand-Interaktion:

Motivation:

In einer Vielzahl technischer Verbrennungsprozesse, wie beispielsweise in Kolbenmotoren oder Gasturbinen, spielen Flamme-Wand-Interaktionen (FWI) eine wichtige Rolle. Beim Verlöschen von Flammen an Festkörperoberflächen (sog. Quenching) kommt es zu Wandwärmeverlusten, Bildung von Rußablagerungen sowie zu erhöhter Schadstoffbildung in Form unverbrannter Kohlenwasserstoffe (UKW). Damit einher geht ein Exergie- und somit Effizienzverlust im Verbrennungsprozess. Der anhaltende Trend zum Downsizing und die dadurch bedingte Steigerung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses in den Brennräumen, lässt der Betrachtung von FWI eine zunehmende Bedeutung bei der Entwicklung neuer, effizienter und schadstoffarmer Verbrennungsverfahren zukommen. Dies soll durch die grundlegenden Untersuchungen von FWI-Prozesses am Institut für Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) unterstützt und vorangetrieben werden. Der Forschungsfokus liegt auf der Vertiefung des grundlegenden Verständnisses von Phänomenen in wandnaher Verbrennung, der Identifikation relevanten Einflussparameter und der Erzeugung ausführlicher Datenbanken zur Validierung numerischer Simulationen.

Experimentelle Methodik:

Zur experimentellen Untersuchung von FWI werden generische, optisch zugängliche Versuchsbrenner mit wohl definierten, reproduzierbaren Randbedingungen verwendet. Dies ermöglicht eine gezielte Betrachtung einzelner FWI-Phänomene, wie beispielsweise das Head-On-Quenching beziehungsweise das Side-Wall-Quenching, bei ausgewählten Prozessparametern (z.B. Äquivalenzverhältnisse, Wandtemperaturen, etc.). Für simultane Multiparametermessungen relevanter thermodynamischer und strömungsmechanischer Größen in den wandnahen Verbrennungsphänomenen werden fortgeschrittene laserdiagnostische Methoden verwendet. Die minimalinvasiven Methoden der Laserdiagnostik ermöglichen eine mehrdimensionale Betrachtung der Prozesse mit hohen zeitlichen sowie örtlichen Auflösungen. Über kohärente anti-Stokes Raman Spektroskopie (CARS) werden Gasphasentemperaturen in den Verbrennungsumgebungen mit hoher Genauigkeit bestimmt. Laser-induzierte Fluoreszenz (LIF) wird genutzt um den Gehalt von Kohlenstoffmonoxid quantitativ zu bestimmen (CO-LIF) oder die Verteilung weiterer Verbrennungsspezies der in der Flammenfront zu visualisieren (wie z.B. Hydroxil-Radikale oder Formaldehyd). Wandtemperaturen werden über Laser-induzierte Phosphoreszenz (LIP) gemessen an Oberflächen, die mit speziellen thermographischen Phosphoren beschichtet werden. Anwendungen der Particle Image Velocimetry (PIV) ermöglichen das Messen von Geschwindigkeitsfeldern. Diese Methoden werden auf die FWI-Zone angewendet. Die Auswertung der messtechnisch erfassten Parameter ermöglicht eine aufschlussreiche Untersuchung der FWI-Phänomene (thermochemische Zustände, Chemie-Turbulenz-Interaktionen, etc.).

Zugehörigkeit/Danksagung:

Die Untersuchungen zur Flamme-Wand-Interaktion werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereich/Transregio 150 (Teilprojekt A04) gefördert. Für die großzügige Förderung der DFG wird an dieser Stelle herzlich gedankt.