Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Verbrennungstechnik IVerbrennungstechnik I
Prof Dr Ing Thomas SeegerProf. Dr.-Ing. Thomas Seeger
SoSe 2020
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Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Vorlesung:
P f D I Th SProf. Dr.-Ing. Thomas SeegerTel.: 0271 740-3124E-Mail: [email protected]
Übungen:
Jonas Hölzer, M.Sc.Tel.: 0271 740-2880E-Mail: [email protected] Mail: jonas.hoelzer@uni siegen.de
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Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Allgemeine Lehrbücher Deutsch:
Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R. "Verbrennung", 3. Auflage, Springer, 2001(Schwerpunkte: Grundprozesse, Kinetik, Modellierung; wenig Technik, ca. 39 €) auch englische Ausgabe: "Combustion", 4th Edition, Springer 2006, ca. 54 €
Joos, F. "Technische Verbrennung", Springer 2006(Schwerpunkte: breite Sammlung (meist aus den anderen Büchern), Grundlagen, Vertiefungenund aktuelle Themen; aber sehr teuer ca. 180 €) (*); ) ( )
Günther, R. "Verbrennung und Feuerungen", Springer 1974(Schwerpunkte: Technische Aspekte, Viele Brennerformen, Theorie tw. etwas veraltet, ca. 45 €)
Görner, K. "Technische Verbrennungssysteme", Springer 1991(Schwerpunkte: Grundlagen, Simulation, Kohleverbrennung, ca. 65 €)
(*) als Springer eBook kann das pdf-Dokument geladen werden: http://www.springerlink.de/home/main.mpx
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Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Allgemeine Lehrbücher Englisch:
Turns, S. R. "An Introduction to Combustion: Concepts and Application", McGraw-Hills, 2nd Ed. 2000 (Schwerpunkte: Gute Mischung aus Konzepten und Anwendungen, empfehlenswert,2. Auflage ca. 73 € mit CD)
Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R. "Combustion", 4th Edition, Springer 2006(Schwerpunkte: Grundprozesse, Kinetik, Modellierung; wenig Technik, ca. 59 €)
Kuo, K. "Principles of Combustion", 2nd Ed., J. Wiley 2005(ausführliche Grundlagen, theorieorientiert, Neuauflage soll gut sein)
L i Elb "C b ti Fl d E l i f G " 3 A fl 1986 A d i PLewis, v. Elbe "Combustion, Flames and Explosions of Gases", 3. Auflage 1986, Academic Press(ein "Klassiker")
Glassman, I., "Combustion", 3rd Ed., Academic Press, Orlando 1996.Glassman, I., Combustion , 3rd Ed., Academic Press, Orlando 1996.
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Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Chomiak, J., "Combustion: A Study in Theory, Fact and Application", Abacus Press - Gordon andChomiak, J., Combustion: A Study in Theory, Fact and Application , Abacus Press Gordon and Breach Science, New York 1990.
Williams, F.A., Combustion Theory, Second Edition, Addison-Wesley, Reading, Mass. (1985) (A h ll ält L h b h)(Anspruchsvolles älteres Lehrbuch)
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Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Bücher mit Schwerpunkten Turbulente Verbrennung / Numerische Berechnungsmethoden:Berechnungsmethoden:
Peters, N. "Turbulent Combustion", Cambridge Univ. Press, 2000 (gute Einführung in turbulente Verbrennung, später tw. spezieller Schwerpunkt, 83 €)
Poinsot, T., Veynante, D., "Theoretical and Numerical Combustion", 2nd Ed., Edwards, 2005(sehr gute Einführung in numerische Methoden der Verbrennung, 93 €)
Libby, P.A., Williams, F.A. (Eds.), "Turbulent Reacting Flows", 44, Springer, Berlin (1980). (Übersichtsartikel verschiedener Autoren).
Libby, P.A., Williams, F.A. (Eds.), "Turbulent Reacting Flows", Academic Press, London (1994). (Übersichtsartikel verschiedener Autoren, aufbauend auf dem gleichnamigen Buch von 1980).
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Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Bücher mit Technischen Schwerpunkten:
Motorische Verbrennung:
Merker, G. P., Schwarz, C., Stiesch, G., Otto, F., "Verbrennungsmotoren, Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung", 2. Auflage, Teubner 2004(Schwerpunkte: Motorische Verbrennungsprozesse, Simulation, ca. 40 €)
Heywood J B "Internal Combustion Engine Fundamentals" McGraw-Hill 1988Heywood, J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals , McGraw Hill, 1988(Motorische Verbrennungsprozesse, ausführliche Grundlagen, nicht ganz aktuell)
Gasturbinen:
Lechner, C., Seume, J. (Hrsg.), "Stationäre Gasturbinen", Springer, 2003(Schwerpunkt Kraftwerks-Gasturbinen, verschiedene Aspekte von Grundlagen bis zu
Einsatzhinweisen, ca. 1100 Seiten, ca. 200 €)Einsatzhinweisen, ca. 1100 Seiten, ca. 200 €)
Cohen, H., Rogers, G.F.C., Saravanamuttoo, H.I.H., "Gas Turbine Theory", Addison Wesley Longman, 4. edition 1996
(G dl G t bi S h kt h b i Fl t i b k 440 S it )
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(Grundlagen Gasturbinen, Schwerpunkt eher bei Flugtriebwerken, ca. 440 Seiten)
Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Industriefeuerungen: v Starck A Mühlbauer A Kramer C (Hrsg ) "Praxishandbuch Thermoprozess Technikv. Starck, A., Mühlbauer, A., Kramer, C. (Hrsg.), Praxishandbuch Thermoprozess-Technik,
Band I und II", Vulkan-Verlag 2003(Umfassende Darstellung der Thermoprozesstechnik mit einzelnen Kapiteln zu Brennersystemen)
Baukal C E (Ed ) "The John Zink Combustion Handbook" CRC Press 2001Baukal, C. E. (Ed.) The John Zink Combustion Handbook , CRC Press 2001 (Schwerpunkt Prozesstechnik, Petrochemie; farbenprächtiges schönes Buch, Praxisorientiert,Theorie tw. etwas vernachlässigt, Tabellen leider in englischen Einheiten, ca. 145 €)
Biomasse-Verbrennung: Hartmann, H. (Hrsg.), "Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen", Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow, 2003
(Schönes Handbuch besonders zur Brennholz-Nutzung, 180 Seiten, auch elektronisch: www.fnr.de,dort auch weitere Literatur )
Kaltschmitt, M., Hartmann, H. (Hrsg.), "Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren", S i 2001Springer, 2001
(Umfassendes Buch zur Biomasse-Nutzung, 770 Seiten, ca. 110 €)
Marutzky, R., Seeger, K., "Energie aus Holz und anderer Biomasse", DRW, Stuttgart, 1999(S h kt ti h H l t 350 S it 65 €)
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(Schwerpunkt energetische Holznutzung, 350 Seiten, ca. 65 €)
Verbrennungstechnik - LiteraturVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Daten: • VDI-Wärmeatlas• Baehr, "Thermodynamik", Springer (thermodynamisch relevante Daten im Anhang).• Recknagel, Sprenger, Schramek, "Taschenbuch für Heizung + Klima Technik", Oldenbourgg , p g , , g , g• u. a.
Zeitschriften: • Combustion and Flame, Elsevier • Combustion, Science and Technology, Gordon and Breach, gy,• Progress in Energy and Combustion Science, Elsevier (Übersichtsartikel)• Flow, Turbulence and Combustion, Kluwer• Combustion Theory and Modelling, Institute of PhysicsCombustion Theory and Modelling, Institute of Physics• Proc. of the Combustion Institute (Symposium (International) on Combustion)
(qualitativ hochwertige Veröffentlichungen, Bände 1 - 31)• Verbrennung und Feuerung - VDI Berichte der deutschen Flammentage VDI
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Verbrennung und Feuerung VDI Berichte der deutschen Flammentage, VDI• u. a. Spezialzeitschriften z.B. zur Kraftwerkstechnik (BWK) oder Motortechnik (MTZ)
VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
INHALTE Verbrennungstechnik I und IIVerbrennungstechnik I und II
1. Erscheinungsbild von Verbrennungsvorgängen2. Thermodynamische Grundlagen3 Ch i h R kti ki tik3. Chemische Reaktionskinetik4. Zündung und Zündgrenzen5. Laminare Flammentheorie
VT I
6. Schadstoffe der Verbrennung7. Turbulente Verbrennung8. Verbrennung flüssiger und fester Brennstoffeg g9. Numerische Simulation von turbulenter Verbrennung
10. Messgröße und Messverfahren der Verbrennungstechnik11. Anwendungsaspekte turbulenter VerbrennungVT II 11. Anwendungsaspekte turbulenter Verbrennung12. Technische Brennersysteme13. Motorische Verbrennung14 Emissionstomographie von Flammen
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14. Emissionstomographie von Flammen15. Diagnostik turbulenter Flammen
Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Kapitel 1
Erscheinungsbild von gVerbrennungsvorgängen
Eine erste phänomenologisch orientierte Ei füh V bEinführung zur Verbrennung
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InhalteVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
1 1 Aufgaben der Verbrennungstechnik1.1 Aufgaben der Verbrennungstechnik
1.2 Charakterisierung und Begriffe Teilprozesse der Verbrennung
Exkurs: Wie kann man eine Flamme löschen ?
Laminare - Turbulente Flammen
Diffusionsflammen - Vormischflammen
Stationäre - Instationäre Verbrennung
Beispiele
Erste vergleichende Bewertung
Nutzen von Verbrennung
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Nutzen von Verbrennung
"Faszination Feuer"Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
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1.1 Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Verbrennung ist eine der ältesten Technologien der Menschheit
• BrandrodungH df Wä S h t Ti• Herdfeuer, Wärme, Schutz vor Tieren,
• Nahrungszubereitung• Metallbearbeitungg• "Feuerwaffen"
Fe er ist eischneidigFeuer ist zweischneidig:• Nutztechnologie• Zerstörend / Feuersbrünste Die Strafe des Prometheus, weil er der
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Menschheit Feuer brachte (T. Velasquez)
Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
• Industrialisierung:Wesentliche Fortschritte kamen von Energie- undWesentliche Fortschritte kamen von Energie- und Verbrennungstechnik:
• Dampfmaschinen • Kraftwerke • Kolbenmotoren • Gasturbinen • Flugzeugtriebwerke
Blohm & Voss 1926, Kraftwerk Hamburg-Neuhof, MTZ 54, 52 (93)g g
• Transportsysteme (Dampflok, Eisenbahn, Straßenverkehr, Luftfahrt)
g , , ( )
Volkswagen, VR6-Ottomotor, 128 kW, 2.8 l, MTZ 54, 96 (93)
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Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Bemerkenswert: Über 90% der weltweitenBemerkenswert: Über 90% der weltweiten technischen Energienutzung geschieht über Verbrennungsvorgänge: (*)
• Stromerzeugung (Kohlekraftwerke, Gas-Verbrennung)
• Verkehr
• Wärmenutzung (Heizung, Feuerungen, Herde) g ( g, g , )
(*) Hermann Scheer ("Solare Weltwirtschaft", Verlag A. Kunstmann 2000) weist allerdings mit Recht darauf hin, dass der direkte Solarenergiestrom (Licht, Wärme, Photosynthese und damit Nahrungserzeugung) in dieser Art von Bilanz vergessen
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Photosynthese und damit Nahrungserzeugung) in dieser Art von Bilanz vergessen wurde, und dass dieser einen nochmals weit größeren Energiestrom darstellt.
Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Also: Aufgaben der Verbrennungstechnik sind:Also: Aufgaben der Verbrennungstechnik sind:
• Verbesserung des Wirkungsgrades
• Verringerung der Schadstoffemissionen
• Aber auch Technische Auslegung von Systemen und Anpassung an technische Anforderungen, z.B. die Verkleinerung des Brennraumes, Leistungssteigerung etc., g g g
Aber wie ?
• 1. Schritt: Verständnis der Grundlagen
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Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Anforderung an die Verbrennungstechnik: Wirkungsgradsteigerung Verbrauchs- und Schadstoffreduktion
VerfahrensentwicklungReduzierung der Brennkammergröße (beispielsweise für Flugtriebwerkeentscheidend)
Schlagworte sind beispielsweise:“Drei-Liter-Auto““ULEV“ – Ultra“ Low Emission Vehicle“ZEV“ – Zero Emission Vehicle“Single-Digit NOx“ – (< 10 ppm NOx)
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Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Wärme-übertrager
schlechteBrennkammer
FlammeFlammenführung
BrennerLuft
Brennstoff
Brenner
• Größe von Flamme und Brennkammer?
• Wie viel Brennstoff, wie viel Luft nötig?
• Wird Brennstoff ökonomisch genutzt? (Ausbrand, Wirkungsgrad)
• Betriebssicherheit
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• Schadstoff-Emissionen
VorgehensweiseVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Traditionell
E i i h E f h Wä• Empirische Erfahrung
• Verbesserung mittels Trial-and-Error-Methode
Wärme-übertrager
• Auslegung mittels globaler Berechnungen Flamme
LuftLuftBrennstoffZunehmend
• Berechnung basierend auf lokalen
• Wärme-, Stofftransport durch konvektive Strömung
physikalischen und chemischen Prozessen:
konvektive Strömung• durch Diffusion• Verdampfung
Zunehmend Interdisziplinär
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• Reaktion• Strahlung, usw. ...
Aufgaben der VerbrennungstechnikVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Moderne Verbrennungstechnik ist deshalb nicht mehr nur eineIngenieursdisziplin, sondern interdisziplinär:
Thermodynamik, StrömungsmechanikMaterial- & Konstruktionstechnik
Chemie &Reaktionstechnik
VerbrennungstechnikVerbrennungstechnik
Mess- und Regelungstechnik Mathematik / Numerik
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1.2 Charakterisierung und BegriffeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Verbrennung:g"Umwandlung chemisch gebundener Energie in Wärme
Typisch istTypisch ist • Brennstoff und Oxidationsmittel reagieren miteinander
• Oxidationsmittel O2 (Luft). • Sprengstoffe, feste Raketentreibstoffe enthalten O2 chemisch
gebunden.
• Energiefreisetzung (exotherme Reaktion)
• Reaktionsverlauf oft "schnell" (bei technisch relevanter Verbrennung)
• Wärme- und Stofftransport maßgeblich am Verbrennungsablauf beteiligt.
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Verbrennung ist komplex, nicht vollständig verstanden
Charakterisierung und BegriffeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Reaktionszone: Ort der Leuchterscheinung ???
Belichtungszeit1/8 sek. 1 sek. 8 sek.
Quelle*:R. Günther
Achtung: L ht h i i t b li ht bhä i
R. Günther
• Leuchterscheinung ist belichtungsabhängig, • das Flammenleuchten ist ein sekundärer Prozess (wird später besprochen)• es gibt auch "flammenlose Verbrennung" (Flamme unsichtbar)
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• Also: Leuchterscheinung definiert nicht unbedingt die Reaktionszone(*) Quellenangabe, siehe Literaturliste zu Beginn des Buches,
Abdruckgenehmigung vom Springer-Verlag
Teilprozesse der VerbrennungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Für eine erste Charakterisierung der Verbrennung unterscheiden wir:
Vier funktionale Teilprozesse bei Verbrennung (gasförmig):
(1) Mischung von Brennstoff und OxidationsmittelExterne ZündungS lb ü d
(2) Erwärmung, so daß Reaktion starten kann (Zündung)
Selbstzündung
(3) Verbrennungsreaktion mit Wärmeentwicklung
Rückkopplung
( ) g g
(4) WärmeabgabeVerbrennung ist selbststabilisierender
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(4) WärmeabgabeVorgang
Exkurs: FeuerbekämpfungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Wi k i Fl lö h ?Wie kann man eine Flamme löschen ?
Luft entziehenBrennstoffzufuhr beenden
Luft entziehen (Löschdecke, Inerte Löschmittel wie Halone CO2)wie Halone, CO2)
Wärme entziehenzur Unterbrechung der Zündung (Wasser als
Vier Teilprozesse: (1) Mischung von Brennstoff und Oxidationsmittel
Zündung (Wasser als Löschmittel; Löschabstand bei Rückschlagsperren)(1) Mischung von Brennstoff und Oxidationsmittel
(2) Erwärmung zur Zündung(3) Verbrennungsreaktion mit Wärmeentwicklung
Rückkopplung
Rückschlagsperren)
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(4) Wärmeabgabe
Exkurs: FeuerbekämpfungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
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Charakterisierung und BegriffeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
T i h Z it k lTypische Zeitskalen:Mischung 0,1 - 10 sekReaktion 10-3 sek
Mischung dominiert oft die Verbrennung
Oft Mischung durch konvektive Strömung unterstützt: laminare oder turbulente Strömung
Laminare Flammen: Strömung zeitunabhängigTurbulente Flammen: Strömung zeitabhängigg g g
)()( z.B. tTTtT (Temperatur)
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gVerbrennun laminare für 0)( tT
Charakterisierung und BegriffeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Wesentliches Merkmal: Laminare
und turbulente Flamme
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Charakterisierung und BegriffeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
2 Grundtypen von Flammen2 Grundtypen von Flammen
Diffusionsflammen:Br. + Ox. kommen in Reaktionszone zusammen
Vormischflammen:Vormischflammen: Br. + Ox. schon vor der Reaktionszone gemischt
Bem. 1: Wir werden später sehen, dass auch in Vormischflammen die Diff i i h tli h V i t i f i t d NDiffusion ein sehr wesentlicher Vorgang ist, insofern ist der Name "Diffusionsflamme" unglücklich gewählt; besser wäre "nichtvorgemischte Flamme", im Englischen ist "nonpremixed flame" üblich).
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g p )
Bem. 2: Es gibt auch Zwischenformen, die "teilvorgemischten Flammen"
Flammentypen (Bunsenflammen)Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Stöchiome-trische
Oberfläche
Leuchtzone (gelb)
Nach-oxidation(schwach blau)
(„Begriff→später“)
Flammen-front
blau)
front(blau)
B
Luft Luft
B L ft
Vormischflamme
Br.
Diffusionsflamme
Br. + Luft
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Flammentypen (Bunsenflammen)Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Fl f t/
(2.)
B OxOxFlammenfront/ Reaktionszone B OxOx
(1 )(1.)
B + Ox
reine
reiner B
reine
B + OxB Ox
(B-reich)
teilvorgemischte
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Vormischflamme DiffusionsflammeFlamme
FlammentypenVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
TeilvorgemischteTeilvorgemischte Flamme
(Partially Premixed Flame)
Vormischflamme (Premixed Flame)
Diffusionsflamme (Nonpremixed Flame)B t /L ft
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(Premixed Flame) (Nonpremixed Flame)
Fotos von F. Dinkelacker, 2005
Butan/LuftAuslassdurchmesser 18 mmBrennstoffstrom ist konstant gehalten
Einteilung von FlammenVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
laminar turbulentlaminar
Feuer,
turbulent
Kerze,
Industriebrenner,Fluggasturbine
Diffusions-flamme
Gasherd (teilweisevorgemischt),Porenbrenner
ModerneGastrubine
Vormisch-flamme
Porenbrenner
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Beispiele folgen:
KerzenflammeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Leuchtzone (gelb)
BrennstoffBrennstoff
Luft Luft
Die Kerzenflamme als klassisches Beispiel einer laminaren
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Beispiel einer laminaren Diffusionsflamme
Beispiele für VerbrennungssystemeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Quelle*: Günther
Kochstellenbrenner Teilvorgemischte Flamme, Luftansaugung durch Gasleitungsdruck
Bunsenbrenner Wahlweise vorgemischte oder nicht vorgemischte t b l t Fl L ft d h G l it d k
1 / 25F. Dinkelacker 4 / 2006
turbulente Flamme, Luftansaugung durch Gasleitungsdruck
Beispiele für VerbrennungssystemeVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Verdampfungsbrenner für leichtes HeizölEi f h Ölb Zi fEinfacher Ölbrenner, Zimmerofen,Luftzufuhr durch Auftrieb (Schornsteinzug)
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Quelle*: Günther
Beispiel: KraftwerksfeuerungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Tangentialfeuerung in Kraftwerk ca 10 m Kantenlänge
Quelle: TU-Sofia
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Tangentialfeuerung in KraftwerkTurbulente lange Diffusionsflammen
ca. 10 m Kantenlänge
Beispiel: DrehrohrofenVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Quelle*:K. Görner
Drehrohr zur Zementherstellung (Länge 40 - 200 m)T b l t l Diff i fl St hl ä üb
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Turbulente lange Diffusionsflamme, Strahlungswärmeübergang(*) Quellenangabe, siehe Literaturliste zu Beginn des Buches,
Abdruckgenehmigung vom Springer-Verlag und vom Autor
Beispiel: Flug-GasturbineVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Pratt & WhitneyF100-PW-229 Engine
Flugtriebwerk mit Nachbrenner
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Flugtriebwerk mit Nachbrenner
Beispiel: Stationäre GasturbineVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
M d G t bi it Ri b k fü i ht V b
Siemens V84.3A
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Moderne Gasturbine mit Ringbrennkammer für vorgemischte Verbrennung: NOX unter 50 ppm ohne Rauchgasreinigung
Beispiel: HeizbrennerVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
ÖlheizkesselÖlheizkessel
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Holzschnitzelfeuerung (Biomasse)
Erste vergleichende BewertungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Turbulente Flammen: Mischung wird unterstütztVerbrennung schneller, komprimiert
Diffusionsflammen: Lange FlammenStark leuchtend StrahlungStark leuchtend, StrahlungRecht stabile Verbrennung, "sicher"
Vormischflammen: Gezielte Reaktionsführung möglich: NOX - ReduktionRußvermeidung
Rückschlaggefahr
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Instationäre VerbrennungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Ei it M k l b t ifft d itli h V l fEin weiteres Merkmal betrifft den zeitlichen Verlauf der Verbrennung:
• Stationäre VerbrennungVerbrennungsfeld bleibt (im Mittel) ortsfest
• Instationäre VerbrennungEinmaliger Brennvorgang oder zeitlich veränderliches Verbrennungsfeld
)()( gVerbrennunturbulente fürz.B.
tTTtT f(t)TT
:rinstationäfest :stationär
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(T = Temperatur)
Instationäre Verbrennung - BeispieleVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
laminar turbulent
Tropfen-zündung
Dieselmotor(mit Direktein-Diffusions-
flamme
laminar turbulent
zündungspritzung
flamme
KerzeFeuer,Industrieöfen,Diffusions-
flamme
Zünd-vorgänge
Ottomotor(mit Saugrohr-einspritzung)
Vormisch-flamme
instationärFluggasturbine
G h d (t
flamme p g)
Gasherd (tw.vorgemischt),Porenbrenner
ModerneGastrubine
Vormisch-flamme
1 / 34stationär
Beispiel: Motorische VerbrennungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Ottomotor mit Saugrohreinspritzung• Instationäre turbulente vorgemischte
V b
Dieselmotor mit Direkteinspritzung•Instationäre turbulente
i ht i ht V b
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Verbrennung• Fremdzündung
nichtvorgemischte Verbrennung•Selbstzündung
Nutzen von VerbrennungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
P i ä i d " h i h E i " i "Wä " t tPrimär wird "chemische Energie" in "Wärme" umgesetzt. Diese kann unterschiedlichen Nutzen haben
Nutzen BeispieleWärme für Heizung Heizbrenner (Öl, Gas, Feststoffe)Wärme für Hochtemperaturprozesse Zementherstellung
GlasschmelzofenStromerzeugung Kraftwerk (Kohle, Öl, Gas)Stromerzeugung Kraftwerk (Kohle, Öl, Gas)
stationäre GasturbineMech. Leistung, z.B. Verkehr Verbrennungsmotor
Fl G t biFlug-GasturbineChemische Zersetzung Müllverbrennungsanalage
Fackel
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Licht, "Behaglichkeit" Kerze
Beispiel: MüllverbrennungVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
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Quelle: Martin GmbH, München
Fackel (Flare)Vorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Fackeln - zum Abbrennen plötzlich auftretender überschüssiger Brenngase
2. Generation
auftretender überschüssiger Brenngase
Rußend (1. Generation)( )
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Erscheinungsbild von VerbrennungsvorgängenVorlesung VERBRENNUNGSTECHNIK
Zusammenfassung:• Verbrennungstechnik - nach wie vor bedeutende Technologie• Wirkungsgradsteigerung und Schadstoffreduktion hochaktuell• Zunehmend Beschreibung der Detailvorgänge (für Berechnung)Zunehmend Beschreibung der Detailvorgänge (für Berechnung)
• Charakterisierung und BegriffeVerbrennung Flamme• Verbrennung - Flamme
• 4 wichtige Teilprozesse der Verbrennung• Charakterisierungsmerkmale:
• Laminare - Turbulente Flammen• Diffusionsflammen - Vormischflammen• Stationäre Instationäre Verbrennung• Stationäre - Instationäre Verbrennung
• Nutzen von VerbrennungWä A b it Li ht h i h Z t
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• Wärme, Arbeit, Licht, chemische Zersetzung