Mehrphasenströmungen und Verbrennung

Modellierung laminarer Sprayflammen

Laminare Sprayflammen sind für die Grundlagenforschung relevant, ihre Strukturen in der Gegenstromkonfiguration können aber auch in turbulente Flammenschichtenmodelle eingebaut werden, um detaillierte Reaktions- mechanismen rechenzeitoptimiert in turbulenten Sprayflammen zu integrieren. Dies ermöglicht die Berechnung von Schadstoffen in diesen Sprayflammen.

Abbildungen 1 und 2 zeigen zwei verschiedene Flammenstrukturen für Simulationen eines Methanolsprays mit Trägergas Luft, das gegen einen Luftstrom in der Gegenstromkonfiguration gerichtet ist. Hier werden zum ersten Mal zwei unterschiedliche Flammenstrukturen bei gleichen Anfangs- und Randbedingungen gefunden. Die erste Abbildung zeigt zwei Flammen während in Abb. 2 die luftseitige verlöscht ist. Für reine Gasflammen stellt dies die kalte Lösung dar, in Sprayflammen existiert in beiden Abbildungen eine sprayseitige Flamme, die maßgeblich für die Verdampfung des Sprays verantwortlich ist.

Abbildung 3 zeigt die maximalen Flammentemperaturen in Abhängigkeit der sprayseitigen Streckungsgeschwindigkeit. Es ist erkennbar, dass die sprayseitigen Flammen strukturell identisch sind. Die gasseitigen Flammen aus Abb. 1 wurden mit reinen Gas-Flammenstrukturen verglichen, und es zeigt sich auch hier eine strukturelle Gleichheit der luftseitigen Sprayflamme mit der reinen Gasflamme. Dies kann in der turbulenten Sprayflammen-Modellierung mit Hilfe des Flamelet-Modells positiv genutzt werden.