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5.2 Simulation der Diffusionsflamme von Cheng et al.
suchsaufbau begründet. Während die Temperaturfluktuationen in sehr guter
Übereinstimmung sind, besitzen die Speziesfluktuationen einen lokalen Maximalwert,
der bei H 2 etwas und bei H 2 O deutlich über dem experimentell gemessenen
rms-Werten liegt. Die Ursache ist in der räumlichen Verteilung der
Variablen σ Y zu finden, welche nahe dem Punkt maximal wird, wo der Produktionsterm
P Y (aus Gleichung 3.14) seinen höchsten Wert erreicht. Dieser
Term hat seinen maximalen Wert am Ort des höchsten Speziesgradienten,
also in der Scherschicht des Wasserstoffstrahls kurz nach Düsenaustritt (siehe
Abbildung 5.15). Die oben erwähnte Unsymmetrie in den experimentellen
Daten wirkt sich am deutlichsten im OH-Profil aus, weshalb ein Unterschied
zwischen Experiment und Simulation unvermeidbar ist.
Abbildung 5.6 zeigt die Ebene x/D=10,8, welche sich ca. 25 mm stromab der
Düse befindet. Am Temperaturprofil ist zu erkennen, dass dort weder im Experiment
noch in der Simulation eine Verbrennung stattfindet. Während die
Temperaturfluktuationen weniger stark anwachsen als die gemessenen Werte,
sind die Maximalwerte der Speziesfluktuationen immer noch höher als im
Experiment. Zwischen den Temperatur-, H 2 - und H 2 O-Profilen des assumed-
PDF Modells und dem Arrhenius-Ansatz besteht praktisch kein Unterschied,
nur im OH-Profil ist erkennbar, dass mit dem assumed-PDF Modell etwas
mehr Radikale erzeugt werden.
Die erste Messebene bei welcher im Experiment ein deutlicher Temperaturanstieg
gemessen wurde liegt bei x/D=21,5 (siehe Abbildung 5.7). In dieser
Ebene zeigt auch das assumed-pdf Modell eine maximale Temperatur von
ca. 2000 K. Der Temperaturanstieg ist in der Simulation auf eine schmale reaktive
Schicht beschränkt, wohingegen im Experiment ein breiterer Bereich
zu reagieren scheint. Dieses Phänomen wurde auch in anderen Arbeiten beobachtet
[BG03, Ger08] und scheint auf das Turbulenzmodell zurückzuführen
zu sein, da eine höhere turbulente Viskosität eine stärkere Verteilung der
Verbrennungsgase bewirken würde. Die einsetzende Verbrennung ist auch
im H 2 -Profil zu erkennen. Das H 2 -Profil des assumed-PDF Modells besitzt
zwar den gleichen Maximalwert wie das Profil des Arrhenius-Ansatzes, es ist
aber schmäler, da die Verbrennung im stöchiometrischen Bereich (Y H2 ≈ 0,02)
stattfindet. Die Produktion von Wasser stimmt gut mit den experimentellen
Daten überein. Dagegen ist die Produktion von OH stärker ausgeprägt als im
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