Kugelbrennkammer zur standardisierten Bestimmung laminarer Brenngeschwindigkeiten
Die laminare Brenngeschwindigkeit ist eine der wichtigsten grundlegenden Eigenschaften eines brennbaren Gemischs in Bezug auf seine Reaktivität, Diffusionsfähigkeit und Exothermie. Sie ist definiert als die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer stetigen, laminaren, eindimensionalen, ebenen, dehnungsfreien und adiabatischen Flamme relativ zum unverbrannten Gemisch. Die genaue Kenntnis der laminaren Brenngeschwindigkeit ist für die Validierung kinetischer Mechanismen unerlässlich. Sie dient auch als wichtiger Skalierungsparameter in Modellen der turbulenten vorgemischten Verbrennung.
Beschreibung des Aufbaus
Die Anlage am ITV besteht aus einer kugelförmigen Brennkammer mit einem Innendurchmesser von 100 mm. Die Kammer ist so ausgelegt, dass sie hohen Verbrennungsdrücken von bis zu 240 bar bei erhöhten Temperaturen standhält. Die sich ausbreitenden Flammen sind über zwei Quarzfenster mit einem Durchmesser von 50 mm, die sich auf gegenüberliegenden Seiten befinden, optisch zugänglich. Der Ort der sich kugelförmig ausbreitenden Flamme wird mit einer Schlierenanordnung mit zwei Linsen abgebildet. Sie ist mit einer Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kamera (LaVision HighSpeedStar 6) kombiniert. Die Bilder werden mit 25.000 Bildern pro Sekunde (fps) und einer Auflösung von mehr als 10 Pixel/mm aufgenommen. Als Lichtquelle wird eine gepulste Hochleistungs-LED verwendet, die Licht im Bereich von 530-535 nm emittiert.
Ein externes Mischgefäß, das über Rohre direkt mit der Brennkammer verbunden ist, wird für die externe Aufbereitung des Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemischs verwendet. Eine sorgfältige und genaue Vorbereitung des Brennstoff-Luft-Gemischs ist bei Experimenten mit laminarer Brenngeschwindigkeit unerlässlich. Die benötigte Brennstoffmenge wird als Funktion des Äquivalenzverhältnisses, der Temperatur und des Drucks berechnet. Die Partialdruckmethode wird zur genauen Messung und Steuerung des Füllvorgangs verwendet. Vor der Zündung lässt man das Gemisch zur Ruhe kommen. Mit Hilfe einer Hochspannungsspule und einer Kondensatorentladung wird das Gemisch über längliche Zündkerzenelektroden in der Mitte des Gefäßes gezündet. Die Nachbearbeitung der sich ausbreitenden Flammen, die unter quasi-isobaren Bedingungen aufgezeichnet wurden, liefert Informationen über den sich über die Zeit ausdehnenden Flammenradius, der mit der Brenngeschwindigkeit in Beziehung gesetzt werden kann.
Experimentelle Unsicherheiten werden angemessen bewertet, einschließlich der Unsicherheiten in Bezug auf Gemisch, Temperatur, Druck, Bilderfassung und Extrapolation, um die hohe Qualität der Validierungsdatensätze für die chemische kinetische Modellierung, z. B. von erneuerbaren Bio-Hybrid-Kraftstoffen, sicherzustellen. Die laminare Verbrennungsgeschwindigkeit ist auch ein geeignetes Maß für die Beurteilung der Entflammbarkeit eines vorgemischten Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemischs sowie von leicht entflammbaren Kältemitteln mit geringem Treibhauspotenzial. Kältemittelflammen sind mit extrem niedrigen Brenngeschwindigkeiten verbunden, was ihre Bestimmung äußerst schwierig macht.
Andere Kugelbrennkammern
Particle Image Velocimetry zur Bestimmung der laminaren Brenngeschwindigkeit