pdf-download - Lehrstuhl für Thermodynamik
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3 Modellierung der Verbrennung in<br />
Überschallströmungen<br />
Verbrennungsvorgänge in Überschallströmungen haben sehr spezifische<br />
Eigenschaften, die sie stark von der typischen Verbrennungsklassifizierung<br />
(laminar-turbulent, vorgemischt-diffusiv) unterscheiden.<br />
Die Geschwindigkeiten, die in SCRamjet-Brennkammern auftreten,<br />
liegen im Bereich von 1000 m/s, was viel größer ist als die<br />
deflagrativen Flammengeschwindigkeiten von typischen Brennstoffen.<br />
Das bedeutet, dass in solchen Strömungen die Reaktion sich<br />
nicht selbst durch die Wärmefreisetzung stabilisieren kann. Zusätzlich<br />
ist die Verwendung von Rückströmungen mit der Rezirkulation<br />
heißer ausgebrannter Produkte und Zwischenspezies, die normalerweise<br />
bei der Stabilisierung inkompressibler Flammen eingesetzt<br />
werden, aus Verlustgründen nicht möglich. Außerdem reicht die Aufenthaltszeit<br />
in Rückström- und Ablösezonen nicht aus, um eine ausreichende<br />
Wärmefreisetzung zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist<br />
die Selbstzündung des Brennstoffs eine notwendige Bedingung <strong>für</strong><br />
eine stabile Reaktion. Ein anderes Problem ist, dass die Aufenthaltszeit<br />
des Brennstoffs in der Brennkammer sehr kurz ist, was hohe<br />
Anforderungen an die Mischungsintensität und an die Reaktionszeit<br />
stellt. Demgemäß findet die Selbstzündung und die Reaktion parallel<br />
zur Mischung statt und führt zur partiell vorgemischten, diffusiven<br />
Verbrennung. Unter den derzeit <strong>für</strong> den Einsatz in SCRamjet-<br />
Brennkammern diskutierten Brennstoffen ist Wasserstoff wegen seiner<br />
kurzen Zündverzugszeit, seiner geringeren Zündenergie und seiner<br />
hohen Diffusivität am besten geeignet. Außerdem ist das Kühlvermögen<br />
des Wasserstoffs <strong>für</strong> die Lösung der thermischen Probleme<br />
des gesamten Flugsystems von großer Bedeutung. Die geometrischen<br />
Eigenschaften der Brennkammer und der Brennstoffinjektoren, die<br />
<strong>für</strong> Selbstzündung und Flammenstabilisierung dienen, werden in den<br />
folgenden Abschnitten dargestellt, hier werden lediglich die Modellierungsaspekte<br />
analysiert.<br />
Die Selbstzündvorgänge in der Brennkammer können nur unter weit-<br />
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