%0 Generic
%A Marquetand, Jens Oliver
%D 2010
%F heidok:11113
%K semi-empirisch , detailliertsoot formation ,  laminar premixed flame , shock tube , modeling
%R 10.11588/heidok.00011113
%T Simulation der Rußbildung in Flammen und Stoßrohren mit einem detaillierten und einem semi-empirischen Modell
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/11113/
%X Ruß entsteht als Schadstoff bei der Verbrennung und hat einen negativen Einfluss auf Gesundheit und Umwelt. Die Vermeidung von Ruß stellt deshalb eines der Hauptziele in der aktuellen Rußforschung dar.  Zusammenfassung In den letzten Jahren konnte hierbei durch Weiterentwicklungen in der Simulation und in der experimentellen Untersuchung große Fortschritte erreicht werden. Die genauen Abläufe der Rußbildung und ihre Abhängigkeit von den jeweiligen Verbrennungbedinungungen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden und müssen darum weiterhin untersucht werden. Da dies mit Experimenten allerdings nicht immer möglich oder zu teuer ist, spielt die Simulation der Rußbildung eine zunehmend wichtigere Rolle.  Zusammenfassung Eine detaillierte Modellierung der rußbildenden Vorgänge in komplexen technischen Systemen ist wegen des resultierenden großen Rechenaufwandes aber auch mit aktuellen Computern kaum möglich.  Zusammenfassung Aus diesem Grund muss der rechnerischen Aufwand für die Simulation verringert werden. Hierfür sind zwei Ansätze möglich: Zum einen die Betrachtung eines einfachen Systems mit detaillierter Beschreibung der Rußbildung, zum anderen eine reduzierte Beschreibung der Rußbildung, was die Simulation der Rußentstehung in technischen Systemen erlaubt. Beide Ansätze werden in dieser Arbeit behandelt.  Zusammenfassung Die Entstehung von Ruß wird hier in einer, als eindimensional angenommenen, laminaren Vormischflamme detailliert simuliert, wobei die einzelnen Vorgänge mit verschiedenen Schritten wiedergegeben werden. Dies stellt eine Weiterentwicklung des detaillierten Rußmodells dar, das bisher lediglich für die Simulation der Rußbildung in Stoßrohren und somit ohne die Berücksichtigung von Transportprozessen verwendet wurde. Dieses Modell dient dem besseren Verständniss der Vorgänge und der Verbesserung ihrere reaktionskinetischen Beschreibung. Zusammenfassung Für diese Simulationen wurde ein Programm entwickelt, das die Entstehung der Rußpartikel in der Flamme beschreibt. Die dabei stattfindenden Vorgänge sind im detaillierten Rußmodell als Polymerreaktionen formuliert, die mit Hilfe der Kompartiment-Methode berechnet werden. Daraus werden die interessierenden Rußeigenschaften, wie etwa der Partikeldurchmesser, ermittelt.  Zusammenfassung Die mit dem neuen Programm erhaltenen Resultate werden zur Validierung überprüft und mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Dabei werden für die erste Verwendung des reaktionskinetischen Modells unter Flammenbedinugen zufriedenstellende Übereistimmungen erzielt. Auf diesen Ergebnissen aufbauend kann das Programm somit für eine Weiterentwicklung des Rußmodells verwendet werden. Zusammenfassung Für die reduzierte Beschreibung der Rußbildung wird ein semi-empirisches Rußmodell verwendet, das die Entstehung der Partikel durch zwei zusätzliche Ratengleichungen beschreibt. Diese repräsentieren die Anzahl und die Masse bzw. das Volumen der Partikel. Dieses Modell wird erweitert um die Entstehung von Partikelkeimen aus Phenyl, da die bisherige Version des Modells Schwächen bei der Simulation der Rußbildung aus aromatischen Brennstoffen zeigte. Das erweiterte semi-empirische Modell wurde für die Simulation unter Stoßrohrbedingungen getestet, wobei eine deutliche Verbesserung bei der Beschreibung der Rußbildung erreicht wurde.