Passive scalar interface in a spatially evolving mixing layer (A. Attili and D. Denker)

Quartz nozzle sampling (D. Felsmann)

Dissipation element analysis of a planar diffusion flame (D. Denker)

Turbulent/non-turbulent interface in a temporally evolving jet (D. Denker)

Dissipation elements crossing a flame front (D. Denker and B. Hentschel)

Particle laden flow (E. Varea)

Turbulent flame surface in non-premixed methane jet flame (D. Denker)

DNS of primary break up (M. Bode)

Diffusion flame in a slot Bunsen burner (S. Kruse)

Various quantities in spatially evolving jet diffusion flame (D. Denker)

Sprühstrahl-Verbrennung und Gemischbildung alternativer Kraftstoffe


Grundlagen

Vor dem Hintergrund weltweit strikter werdenden Emissionsstandards und dem Ziel einer emissionsfreien Mobilität eröffnet sich ein großes Forschungsfeld im Bereich der alternativen Kraftstoffe für Wissenschaft und Industrie. Das Blending fossilen Diesels mit sauerstoffreichen Komponenten ist dabei eine erfolgsversprechende Methode, um die Rußbildung zu minimieren. Bei dieser Herangehensweise wird der Sauerstoffanteil in herkömmlichen Kraftstoffen erhöht, wodurch die Rußbildung bei der Verbrennung reduziert werden kann. Der Umfang der experimentellen Untersuchungen umfasst die Charakterisierung alternativer Kraftstoffe bei Sprühstrahlverbrennung unter motorähnlichen Bedingungen sowie die Entwicklung neuartiger Diesel-Ersatzkraftstoffe. Für die experimentellen Untersuchungen kommt eine hauseigene Hochdruckeinspritzkammer zum Einsatz. Diese erlaubt die detaillierte Analyse des Einspritzverhalten und der Verbrennung im typischen Druck- und Temperaturbereich von Dieselmotoren (pmax = 100 bar, Tmax = 1000 K).


Bestimmung der eingespritzte Kraftstoffmengen

Mithilfe eines Einspritzratenmessgeräts, IAV Cross-Injection Analyzer, können die Einspritzmengen und -raten der zu untersuchenden Kraftstoffe präzise bestimmt werden.


Charakterisierung der Sprühstrahlverbrennung und der Gemischbildung

Bestimmung der wesentlichen Größen des eingespritzten Kraftstoffstrahls, wie Eindringtiefe und Kegelwinkel:

  • zeitlich aufgelöste Bestimmung der Eindringtiefe und des Kegelwinkels der flüssigen Phase mittels 2D-Mie-Streulichtmessungen

  • zeitlich aufgelöste Bestimmung der Eindringtiefe und des Kegelwinkels der gasförmigen Phase mittels 2D-Schlieren- & Schattenmessungen ("Shadowgraphy")

Bestimmung von typischen Einspritzverbrennungsgrößen:

  • zeitlich aufgelöste Bestimmung der Flammenabhebehöhe („lift-off lenght“) und OH*-Intensität mittels OH*-Chemilumineszenz

  • lokale Bestimmung des Rußvolumenbruchs (fv) und zeitlich aufgelöste Verteilung der Rußmasse mittels DBI Durchlichtverfahren (Diffuse Backlight Illumination)



Typisches Flammenbild verschiedener Kraftstoffe bei t = 1.8 ms & beispielhafte Rußmassenverteilung

Ausblick

Zukünftige Untersuchungen werden sich vor allem mit dem Einfluss der Kraftstoffzusammensetzung auf Sprühstrahlverbrennungsprozesse und mit der Entwicklung von Diesel-Ersatzkraftstoffen befassen.