Experimentelle Untersuchungen laminarer Triplet- und Tripelflammen

Aufgrund knapper werdender Ressourcen fossiler Energieträger und vom Gesetzgeber immer strenger vorgegebener Richtlinien und Auflagen zum nachhaltigen Umgang mit Energie und Umwelt, ist in den letzten Jahren ein steigendes Interesse an der Entwicklung schadstoff- und verbrauchsärmerer Motoren und Feuerungsanlagen zu verzeichnen. In der Regel laufen technisch relevante Verbrennungsprozesse unter komplexen turbulenten Bedingungen ab, deren Beschreibung bis heute noch nicht zufriedenstellend gelöst ist. Ziel der wissenschaftlichen Untersuchungen ist es daher, mathematisch-physikalische Modelle zu entwickeln, mit deren Hilfe sich der Beschreibung realer Verbrennungsprozesse genähert werden kann. Eine Vielzahl der in den letzten Jahren entwickelten Modelle basieren auf der Vorstellung, daß sich turbulente Flammen aus einem Ensemble laminarer Flämmchen zusammensetzen (engl. flamelet model). Bei der Aufstellung derartiger Flamelet-Modelle spielen sog. laminare Tripelflammen eine wichtige Rolle, die in vielen Verbrennungsprozessen als Folge von ungleichmäßiger Mischung auftreten und sich in sog. Mischungsschichten ausbreiten. Experimentell lassen sich derartige Flammenstrukturen sowohl in Gleich- als auch in Gegenstrombrennern realisieren.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen des Einflusses variierender Mischungsgradienten und Staupunktparametern auf die Struktur und das Auftreten laminarer Triple- und Tripletflammen durchgeführt. Tripletflammen treten im stationären Betrieb von Gegenstrombrennern mit unterschiedlich stark vorgemischten Volumenströmen auf und besitzen bis auf den sog. Triplepunkt die gleiche Struktur wie Tripleflammen. Sie bestehen aus drei miteinander gekoppelten Flammen, einer mageren und einer fetten Vormischflamme und einer dazwischen eingebetteten Diffusionsflamme. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe laser-optischer Meßtechniken durchgeführt. Insbesondere wurden dabei Geschwindigkeitsfelder mit Hilfe der digitalen Particle Image Velocimetry (DPIV) und OH-Verteilungen mit Hilfe der planaren Laserinduzierten Fluoreszenz (PLIF) ermittelt. Zusätzlich wurde mit Hilfe von digitalen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen das Ausbreitungsverhalten instationärer Tripleflammen kurz nach der Zündung unterschiedlicher Mischungen untersucht.