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Grundlagen
geben werden [PV05]:
δ l = T b− T u
max ( ) . (2.44)
dT
dx
Mit dieser Abschätzung ergibt sich zum Beispiel aus Abbildung 2.4 für eine
laminare H 2 -Flamme eine Dicke von ca. 0,4 mm. Ähnlich der laminaren
Flammengeschwindigkeit ist auch die Flammendicke keine Konstante, sondern
abhängig von thermodynamischen Parametern sowie der Art des Brennstoffs
[Boc01]. Für den Fall einer Wasserstoff-Flamme ergibt sich aus der vereinfachten
thermischen Analyse 4 mit einer Reaktionsordnung n≈2 folgende
Beziehungen:
• Die Flammendicke nimmt mit steigender mittlerer Temperatur der
Flammenzone ab.
• Es ergibt sich für alle Brennstoffe dass die Flammendicke bei steigendem
Druck geringer wird. Für Wasserstoff gilt näherungsweise δ l ∼ p −1 .
• Hohe Diffusionskoeffizienten (Le < 1) bewirken eine Zunahme der Flammendicke
[Krö03]. Daher hat Wasserstoff im Vergleich zu Methan eine
ähnliche Flammendicke, obwohl bei der Verbrennung von Methan wesentlich
mehr Spezies involviert sind.
Die Eigenschaften der Flamme in einer turbulenten Strömung, wie Struktur,
Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dicke, unterscheiden sich deutlich von denen
der laminaren Flamme. Denn die in einer turbulenten Strömung auftretenden
Wirbelstrukturen können, je nach Stärke der Turbulenz, die laminare
Flammenfront wellen, falten oder sorgar verrühren. Das wichtigste Resultat
dieses Vorgangs ist eine turbulente Flammengeschwindigkeit, die höher ist als
die Flammengeschwindigkeit in einer entsprechenden laminaren Strömung.
Heute existiert eine Vielzahl von empirischen Korrelationen für die turbulente
Flammengeschwindigkeit. Eine häufig verwendete Formulierung ist
S t
S l
= 1+C·
( u
′
r ms
S l
) d
(2.45)
4 Mit Hilfe mehrerer Vereinfachungen, u.a. einer Einschrittkinetik und Le = 1, wird eine eindimensionale Bilanz
der Flammenfront durchgeführt. Dabei wird über ein vorgegebenes, stückweise lineares Temperaturprofil
integriert, um Aussagen über die laminare Flammengeschwindigkeit und Flammendicke zu erhalten [Boc01].
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