Reaktionskinetik von Verbrennungsprozessen in der Gasphase: Spektroskopische Untersuchungen der Geschwindigkeit, Reaktionsprodukte und Mechanismen von Elementarreaktionen und die Modellierung der Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit detaillierten Reaktionsmechanismen

Abstract

Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen stellt nach wie vor die mit Abstand wichtigste Energiequelle dar. Die Optimierung der Verbrennungsprozesse bezüglich Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen sind aktuelle Forschungsschwerpunkte. Für ein detailliertes Verständnis ist eine Charakterisierung der zugrundeliegenden chemischen Elementarreaktionen erforderlich. In dieser Arbeit werden die Reaktionen verschiedener Alkylradikale mit Sauerstoff-Atomen in der Gasphase bezüglich Primärprodukten, Mechanismen und Geschwindigkeiten untersucht. Die kinetischen Daten wurden in einer quasi-statischen Reaktor mittels Nachweis über Laserinduzierte Fluoreszenz gewonnen. Die Reaktanten wurden durch Laserphotolyse erzeugt. Die Produktkanalverteilungen wurden durch FT-IR-Produktanalyse stabiler Endprodukte in einer statischen Reaktionszelle bestimmt. Auch hier erfolgte die Erzeugung der Radikale und O-Atome über Laserphotolyse geeigneter Vorläufersubstanzen.Zur Untersuchung der Oxidation von Kohlenwasserstoffen und der Bildung des Russvorläufers Benzol wurde ein detaillierter Reaktionsmechanismus erstellt und zur Berechnung von Flammengeschwindigkeiten, Zündverzugszeiten und Flammenstrukturen eingesetzt. Dabei wurden die Ergebnisse der Untersuchungen der Elementarreaktionen in den Gesamtmechanismus eingebaut.Die Möglichkeit, chemische Reaktionen zeitaufgelöst (5 µs) mittels FT-IR-Step-Scan- Absorptionsspektroskopie zu verfolgen, wurde am Beispiel der Reaktion von Ethylradikalen mit molekularem Sauerstoff demonstriert.