Abstract:

In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue optische Methode zur Untersuchung der Wärmeübertragung bei ebenen eindimensionalen Flammen in Stau-punktgeometrie eingesetzt. Untersucht wurden vorgemischte Methan-Luft- und Wasserstoff-Methan-Luft-Flammen und der Einfluss des Abstands von Brenner zu Platte sowie der Geschwindigkeit der Frischgasmischung auf die Wärmeübertragung. Mittels Licht-induzierter Phosphoreszenz von thermographischen Phosphoren wurde die Oberflächen-temperatur gemessen. Aus den Oberflächentemperaturen konnte anschließend die Wärmestromdichte durch eine Keramikplatte, die von der einen Seite mit Wasser gekühlt und von der anderen Seite mit der 1-dimensionalen Flamme beheizt wurde, berechnet werden.Die untersuchten Flammen waren stöchiometrische, magere und brennstoffreiche Methan-Luft-Flammen mit Äquivalenzverhältnissen von φ=1, φ=0,75 und φ=1,25, sowie stöchio-metrisch-laminare Wasserstoff-Methan-Luft-Flammen mit 10%, 25%, 50% und 75% Wasser-stoff in Methan, sowie reine Wasserstoffflammen. Der zentrale Teil des Aufbaus ist eine Platte aus Aluminiumoxid-Keramik, die von beiden Seiten mit chrom-dotiertem Aluminium-oxid (Rubin) beschichtet ist. Diese wurde auf der Flammenseite mit einem Nd:YAG-Laser (532 nm) oder einer Licht-emittierenden Diode (LED) (530 nm) und auf der Wasserseite mit einer LED (530 nm) zur Phosphoreszenz angeregt. Mit dieser Messmethode kann die Wandtemperatur von beiden Seiten gemessen und die Wärmestromdichte durch die Platte berechnet werden, die Genauigkeit des Verfahrens wird diskutiert und ist relativ hoch. Die Austrittsgeschwindigkeit der Gase wurde von 0,1 bis 1,2 m/s variiert. Der Abstand zwischen Brenner und Platte war 0,5 bis 2-mal so groß wie der Brennerdurchmesser (d=30 mm). Die berechneten Wärmestromdichten zeigen die Änderung des Flammenstabilisierungs-mechanismus von einer brennerstabilisierten zu einer stauplattenstabilisierten Flamme. Die Ergebnisse wurden mit den Resultaten der Modellrechnung einer 1-dimensionalen Stau-punktströmung mit detailliertem Reaktionsmechanismus verglichen. Um die Modellrechnung zu überprüfen, werden auch gemessene Gasphasentemperaturen einer stöchiometrischen Staupunktflamme mittels OH-LIF diskutiert. Es stellt sich heraus, dass mit der Vergrößerung des Massenflusses, sich der Flammenstabilisierungsmechanismus ändert und mit ihm die Wärmestromdichte zunimmt. Damit sollte dieser Versuchsaufbau auch für weitere Untersuchungen der Flamme-Wand-Interaktionen geeignet sein.