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im realen Fall noch zusätzlich ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide, Ruß, Schwefeldioxid und Asche. 8 ∑ ideal 64 474448 real 64444 474444448 C H + O , N ⇒ CO , H O, O , N + UHC, CO, NO , Ruß, SO , Asche { 2 2 2 2 2 2 2 n m 123 123 x Kerosin Luft Luft 4 Gl. 1.2.1 Für eine stöchiometrische ideale Verbrennung von einem Mol Kerosin benötigt man 18 Mol Sauerstoff. Es entstehen dann 12 Mol Kohlenstoffdioxid und 12 Mol Wasser sowie die gewünschte Wärme der Verbrennung: ⎛ 79 ⎞ ⎛79 ⎞ C H + 18⎜O + N ⎟ ⇒ { 12CO + 12H O+ 18⎜ ⎟N ⎝ 21 ⎠ & ⎝ 21 ⎠ 12 24 2 2 2 2 2 Energie= QB Eine stöchiometrische Verbrennung bedeutet hierbei ein Brennstoff-Luftverhältnis von: m& B ϕ Stöch = = 0.068 m& L Gl. 1.2.2 Gl. 1.2.3 Als Schadstoffe bezeichnet man die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, das Kohlenmonoxid und die Stickoxide, da diese ungewollt bei dem Verbrennungsprozess entstehen. Das Kohlenstoffdioxid und der Wasserdampf entstehen immer auf Grund der Verbrennung des kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs. Eine Reduzierung ist nur durch eine Verringerung der eingesetzten Brennstoffmenge oder durch Alternativbrennstoffe zu erreichen. Die Schadstoffentwicklung steht im direkten Zusammenhang mit der Temperatur, der Konzentration, der Verweilzeit und der Vollständigkeit der Verbrennung der Reaktionspartner in der Primärzone der Brennkammer. 9 Zur Beschreibung der Vollständigkeit der Verbrennung wird oft das Äquivalenzverhältnis ζ angegeben: ζ ϕ Pz = Gl. 1.2.4 ϕstöch Dieses setzt das Brennstoff-Luftverhältnis ϕ Pz , welches in der Primärzone vorliegt, ins Ver- hältnis zum Brennstoff-Luftverhältnis ϕ stöch für eine stöchiometrische Verbrennung. Es kann somit angegeben werden, ob das in der Primärzone befindliche Brennstoff-Luftgemisch fett 8 Vgl. Hennecke, Dietmar K.; Wörrlein, Karl; 2000, S.122. 9 Vgl. Hennecke, Dietmar K.; Wörrlein, Karl; 2000, S.123 ff.
( ζ > 1), stöchiometrisch ( ζ = 1) oder mager ( ζ < 1) verbrennt. 10 Nicht jedes Brennstoff- Luftgemisch ist brennbar. Die Entflammbarkeit wird durch die Magerverlöschgrenze ( ζ ≈ 0.5 ) und durch die Fettverlöschgrenze ( ζ = 3.5 ) bestimmt. Diese Grenzen hängen unter anderem von der Temperatur, dem Druck, der Aufbereitung des Brennstoff- Luftgemisches und der Sorte des Brennstoffes ab. Ein fettes Brennstoff-Luftgemisch hat einen Überschuss an Brennstoff und bildet sich vorwiegend beim schnellen Beschleunigen des Triebwerks. Es entstehen dann vor allem unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Rauch und Kohlenstoffmonoxid. Bei einem mageren Brennstoff-Luftgemisch liegt ein Luftüberschuss vor, der sich vorwiegend im Leerlauf oder im Landeanflug bildet. Es entstehen auch hier Schadstoffe durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Der Grund hierfür liegt, in der unvollständigen Verbrennung, den geringen Verbrennungstemperaturen als auch in der schlechten Durchmischung. Abbildung 4: Schadstoffentstehung in Abhängigkeit von Lastzustand [Hennecke, Dietmar K.; 2000; S.117] 11 Bei einem stöchiometrischen Brennstoff- Luftgemisch liegen auf Grund der Vollständigkeit der Verbrennung hohe Temperaturen vor. Es bildet sich in großen Mengen Stickoxid. Das entspricht der Volllast beim Start des Flugzeugs. Die eben beschrieben Vorgänge werden durch die Abbildung 4 dargestellt. Die Stickoxide haben einen Anteil von 78% an den Gesamtemissionen eines Flugzyklus. 12 Deshalb strebt die LuFo auch eine Reduzierung dieser Schadstoffe um 80% an. Für die Entstehung von Stickoxiden kann man drei Ursachen angeben: • Thermische Stickoxide, die sich bei der Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff unter hohen Temperaturen oder langen Verweilzeiten in der Brennkammer bilden. Das ist vorwiegend bei stöchiometrischer Verbrennung ζ = 1 der Fall. • Durch niedrige Temperaturen, unter Bildung von Zyanidzwischenprodukten, entsteht vorwiegend an den Flammfronten sogenanntes Promtstickoxid 10 Vgl. Bräunling, Willy J. G.; 2004, S.846. 11 Vgl. Hennecke, Dietmar K.; Wörrlein, Karl; 2000, S.117. 12 Vgl. Bräunling, Willy J. G.; 2004, S.880. 5
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Literaturverzeichnis Archer Sean St
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