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5.2 Simulation der Diffusionsflamme von Cheng et al.
Austrittsbedingungen Innere Düse Äußere Düse
Mach-Zahl 1 2
Temperatur [K] 545 1250
Druck [kPa] 112 107
Geschwindigkeit [m/s] 1780 1420
Ỹ O2 0,0 0,245
Ỹ N2 0,0 0,58
Ỹ H2 O 0,0 0,175
Ỹ H2 1,0 0,0
Tabelle 5.1: Zustände am Austritt des Brenners nach [CWP + 94].
in einer axialsymmetrischen H 2 -Luft Diffusionsflamme im Überschall untersucht.
Es ist das erste Experiment in dem mit einem berührungslosen Verfahren
Temperatur und Spezieskonzentrationen in einer Überschallflamme
simultan gemessen wurden. Aufgrund der sehr guten Messergebnisse wurde
dieser Versuch zur Validierung von Verbrennungsmodellen und Reaktionsmechanismen
in mehreren Arbeiten herangezogen [BG03, GNA05, Di 07, Ger08].
Der Versuchsaufbau ist in Abbildung 5.3 skizziert. In der Brennkammer wird
durch Wasserstoffverbrennung ein Heißgasgemisch aus Luft und Wasserdampf
erzeugt, welches in der angeschlossenen Laval-Düse auf Ma=2 beschleunigt
wird. In diesem Jet aus heißen Verbrennungsabgasen befindet
sich ein koaxialer Wasserstoff-Jet mit einem Innendurchmesser der Düse von
D=2,36mm und den Austrittsbedingungen Ma=1 und Re=15600. Die chemischen
Zusammensetzungen sowie die Strömungsparameter beider Freistrahlen
sind in Tabelle 5.1 beschrieben. Durch die Kombination von Ramanstreuung
und laserinduzierter Prädissoziations-Fluoreszenz wurden in der
Diffusionsflamme simultan die Temperatur, die Konzentrationen der häufigsten
Spezies (H 2 ,O 2 ,N 2 ,H 2 O) und die Konzentration des Radikals OH quantitativ
bestimmt. Die Messungen wurden in mehreren radialen Profilen stromab
der Düsen vorgenommen. An jedem einzelnen Profilpunkt wurden 500 Lasermessungen
durchgeführt, aus welchen die Profile zeitlicher Mittelwerte, als
auch die Profile der Standardabweichung der o.g. skalaren Größen, berechnet
werden konnten. Somit ist ein sehr guter Einblick in den thermo-chemischen
Zustand im Strömungsfeld möglich. So existieren nicht nur detaillierte Daten
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