Aggregatenbildung der Rußteilchen in Kohlenwasserstoff / Luftflammen in einem Druckbereich von ein bis fünf Bar

Abstract

Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Untersuchung der Rußteilchen in vorgemischten laminaren Kohlenwasserstoff/Luftflammen in einem Druckbereich von 1 bis 5 bar in Hinblick auf eine mögliche Aggregatenbildung der Rußteilchen. Unterschiedliche Brennstoffe wie Ethylen, Propylen, Benzol, n-Pentan, n-Heptan und Isooktan wurden eingesetzt. Als Untersuchungsmethode dienten winkelabhängige Messungen der Lichtstreuung und Extinktionsmessungen bei einer Wellenlänge von 488 nm. Zwei unterschiedliche Brenner wurden verwendet: Ein Röhrchenbrenner für die Messungen der Flüssigbrennstoff/Luftflammen und ein Aluminium-Folie-Brenner für Ethylen/Luftflammen bei höherem Druck bis zu 5 bar. Weiter wurden die Gemischzusammensetzung und die Frischgasgeschwindigkeit für jeden Brennstoff variiert und bei den meisten Flammen wurden die optischen Messungen in unterschiedlichen Höhen über dem Brenner durchgeführt.Die häufig benutzten Parameter der untersuchten Rußpartikel sind der Teilchendurchmesser dR, die Teilchenzahldichte NR, beide entsprechend der Rayleigh-Theorie, und der Rußvolumenbruch fv. Für die Untersuchung des Rußes auf eine Aggregatenbildung wurde die RDG/FA-Theorie verwendet, welche durch Debye und Gans entwickelt wurde und auf der Rayleigh-Theorie basiert. Für Rußpartikel wurde sie von Dobbins und Megaridis weiterentwickelt. Die RDG/FA-Theorie stellt einen neuen Satz an Parametern vor, wie den volumenäquivalenten D30, die Aggregatenzahldichte NAgg, die fraktale Dimension dF (welche die Ausbreitung der Primärpartikel im 3-dimensionalen Raum beschreibt), den Primärpartikeldurchmesser dP, die Primärpartikelzahldichte np und den scheinbaren Radius Rg (der eine massenbezogene Größe ist und die Abstände der einzelnen Massen der Primärteilchen vom Gravitationszentrum eines Aggregats beschreibt, und sich deshalb von D30 unterscheidet).Die folgenden Resultate wurden erhalten: