SCHADSTOFFARME VERBRENNUNG

Experimente unter Mikrogravitation ergeben wichtige Aufschlüsse über detaillierte physikalische und chemisch-kinetische Vorgänge bei der Verbrennung, da der überlagerte Effekt der Auftriebskonvektion ausgeschaltet ist. Die Ergebnisse sind für die experimentelle Bestätigung komplexer Modelle für technische Verbrennungsvorgänge von Bedeutung. Studien zur Verbrennung von Einzeltropfen haben den Einfluss der Mikrogravitation bereits deutlich gemacht und gezeigt, dass die bisherigen Vorstellungen über die Vorgänge bei der Zündung von Kraftstofftröpfchen unvollständig sind. Die gewonnenen Erkenntnisse führten in der Folge zu experimentellen Untersuchungen zur Verdampfung, Selbstzündung und Verbrennung von Tröpfchennebeln durch modernste Diagnoseverfahren, wie etwa mittels Laser-induzierter Fluoreszenz.

Aus industrieller Sicht wären Experimente zur Optimierung von Verbrennungsvorgängen denkbar, die wichtig für die Steigerung des Wirkungsgrades und die Minderung von Schadstoffen in Dieselmotoren, Gasturbinen und bei der Feuerung von Kraftwerken sind. Die chemischen Reaktionen, die sich an der Grenzfläche zwischen Treibstofftröpfchen und Gas abspielen, sind in den rasch ablaufenden und mit starker Turbulenz verbundenen Verbrennungsprozessen überhaupt nicht mit den heute zur Verfügung stehenden Sensor- und Diagnosetechniken zu verfolgen. Unter Mikrogravitation können diese Vorgänge in Einzelschritte zerlegt werden, die quantitativen Messungen ermöglichen. Die Daten können wiederum Modellrechnungen verifizieren.

An Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten, werden vor allem Anforderungen an einen höheren Wirkungsgrad und verringerte Umweltbelastungen gestellt. Benötigt werden hier ein vertieftes Verständnis der grundlegenden physikalischen und chemischen Vorgänge sowie verbesserte mathematische Modellbildungen für deren computergestützte Simulation. Bei angewandten Forschungsvorhaben, die sich mit der Entwicklung und Verbesserung von Hochleistungsbrennräumen beschäftigen, stehen vor allem Fragen zur Verbrennung, Strömung, des Wärmeübergangs und des Materialverhaltens im Vordergrund.

In der Motorenentwicklung werden zum Teil kontroverse Forderungen nach besseren Fahrleistungen bei niedrigerem Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung sehr niedriger Emissionsgrenzwerte gestellt. Dies erfordert die Erforschung grundlegender Zusammenhänge des motorischen Verbrennungsprozesses. Von großer Bedeutung hierbei sind die Wechselwirkungen von chemischen Reaktionen mit Impuls-, Wärme- und Stofftransport in der instationären Strömung. Ziel der gemeinsamen Erforschung der Energieumsetzung in Verbrennungsmotoren sind die Erweiterung grundlegender Kenntnisse zur motorischen Verbrennung, um die Voraussetzungen für eine Verbesserungen der Verbrennungsprozesse zu schaffen.

• Effizientere Motoren mit niedrigeren Schadstoffemissionen
• Höherer Wirkungsgrad und verringerte Umweltbelastung in Kraftwerken