In der vorliegenden Arbeit wird das Abbrandverhalten von Borpartikeln in heißen Abgasen vorgemischter CH4/O2 N2-Flammen sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Das Ziel der Untersuchungen bestand hierbei darin, einerseits das Verständnis der einzelnen Verbrennungsprozesse zu verbessern und andererseits ausgehend von den experimentellen Ergebnissen ein numerisches Verbrennungsmodell auszuwählen und zu validieren. Hierzu wurde das Verbrennungsmodell in den numerischen Strömungslöser OpenFOAM-2.0.1 implementiert. Das ausgewählte Modell wurde ursprünglich durch die Forschungsgruppe von Kuo et al. an der Pennsylvania-State-University entwickelt und durch Hussmann et al. an der Universität der Bundeswehr München mit Blick auf eine genauere Stoff- und Reaktionschemie verbessert. Hinsichtlich der experimentellen Untersuchungen werden zunächst Versuche vorgestellt, in denen die Abbrandzeit von einzelnen Borpartikeln gemessen wurde, Die Partikel wurden hierzu in die heißen Abgase einer Flachflamme injiziert. Hierdurch konnte eine möglichst konstante Temperatur- und Stoffzusammensetzung erzielt werden. Die Einzelpartikelverbrennung in einer konstanten Umgebung stellt für numerische Berechnungen den einfachsten Ansatz dar. Aus diesem Grund dienten diese Experimente vor allem als Voruntersuchung und Validierungsgrundlage. Es wurde hierbei auch untersucht, inwieweit diffusive und kinetische Limitierungen des Partikelabbrands mittels des gewählten Verbrennungsmodells vorhersagbar sind. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wurde anschließend eine Anpassung der Reaktionsgeschwindigkeiten im Verbrennungsmodell vorgenommen, wodurch eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation erzielt wurde. Basierend auf diesen Voruntersuchungen sollte im Anschluss das Verbrennungsmodell anhand realistischer Szenarien validiert werden. Dazu wurden Experimente an einem hierfür entwickelten Bunsenbrenner durchgeführt, der eine ringförmige Vormischflamme erzeugt und bei dem im Zentrum ein Röhrchen zum Einblasen von Borpartikeln vorgesehen war. Das Einblasen erfolgte mittels des inerten Trägergases Argon. Über eine entsprechende Ventilsteuerung konnte die Menge an Partikeln im Trägergas gesteuert werden. Die gewählten Betriebsbedingungen entsprachen Szenarien sowohl mit Diffusionslimitierung als auch mit kinetischer Limitierung. Mittels BO2-Chemilumineszenz konnte die durch den Borpartikelabbrand erzeugte Reaktionszone detektiert und mit ungefilterten Aufnahmen der Flamme verglichen werden. Durch dieses Verfahren wurden einerseits Informationen hinsichtlich der Abbrandzeit als auch über den Übergang von einer kinetischen- zu einer diffusionslimitierten Verbrennung gewonnen. Die Ergebnisse der Experimente wurden im Anschluss mit den numerischen Resultaten verglichen. Hierbei zeigte sich, dass die gemessenen Abbrandzeiten, insbesondere bei einer kinetisch-limitierten Verbrennung, etwas langsamer sind als die nachberechneten Zeiten. Dennoch wurde durch die Anpassung der Reaktionsgeschwindigkeiten in Folge der Voruntersuchungen grundsätzlich eine gute Übereinstimmung zwischen den Rechenergebnissen und den experimentellen Ergebnissen erzielt.    «

In der vorliegenden Arbeit wird das Abbrandverhalten von Borpartikeln in heißen Abgasen vorgemischter CH4/O2 N2-Flammen sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Das Ziel der Untersuchungen bestand hierbei darin, einerseits das Verständnis der einzelnen Verbrennungsprozesse zu verbessern und andererseits ausgehend von den experimentellen Ergebnissen ein numerisches Verbrennungsmodell auszuwählen und zu validieren. Hierzu wurde das Verbrennungsmodell in den numerischen Strömungslöse...    »