SFB/TRR 129 Oxyflame

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Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre

Im SFB/Transregio Oxyflame arbeiten international ausgewiesene Wissenschaftler der RWTH Aachen, der Ruhr-Universität Bochum und der TU Darmstadt zusammen, um ihre Erfahrungen aus den Bereichen homogener Gasverbrennung und heterogener Partikelverbrennung einzubringen.

Dies ermöglicht die Nutzung der bei der Gasverbrennung entwickelten und bereits erfolgreich eingesetzten örtlich sowie zeitlich hochauflösenden experimentellen und theoretischen Methoden für das ungleich komplexere Problem der heterogenen Partikelverbrennung in einer Oxyfuel-Atmosphäre.

Dazu erforscht der SFB/Transregio die Grundlagen der Oxyfuel-Verbrennung fester Brennstoffe – wie Kohle und Biomasse – in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoff, Wasser und Sauerstoff besteht. Durch diese im Gegensatz zu der bisher üblichen Verbrennung mit Luft als Oxidator gänzlich andere Brennraumatmosphäre sind Auswirkungen auf sämtliche Transportprozesse zu erwarten, wobei die zugrundeliegenden Größenskalen vom Nanometerbereich (Porendiffusion innerhalb der Brennstoffpartikel) bis zu den Abmessungen typischer Kohlefeuerungen (Größenordnung 101 – 102 m) reichen.

Zur Auflösung dieser Skalen und der Identifizierung der die Transportprozesse dominierenden Mechanismen werden innerhalb des SFB-Transregio sowohl Grundlagenexperimente generischer Natur, wie auch Validierungsexperimente an Fest-brennstoffflammen im Technikumsmaßstab durchgeführt. Die Modellbildung reicht von molekular-dynamischen Simulationen über die Turbulenz teilweise auflösende Methoden wie die Large-Eddy-Simulation (LES) und DNS-Methoden zur vollständigen Auflösung der relevanten Ortsskalen.

Die Projektbereiche

Der SFB/Transregio ist in drei Projektbereiche eingeteilt.

Im Projektbereich A wird im Wesentlichen die Modellentwicklung zur Reaktionskinetik bei Feststoffpartikeln erarbeitet.

Dies wird im Projektbereich B durch theoretische Untersuchungen zu den aerodynamischen Vorgängen im Partikelschwarm wie auch zu den Auswirkungen der geänderten Atmosphäre auf die Verbrennung ergänzt. Darüber hinaus liefern kaskadiert aufgebaute Experimente mit jeweils gesteigertem Komplexitätsgrad die zugehörigen Validierungsdaten.

Mit der Betrachtung der Gesamtsystemebene, also der Einbeziehung aller relevanten Teilprozesse für reale Feuerungskonfigurationen, komplettiert der C-Bereich die Untersuchungen der beiden anderen Bereiche. Hier werden sowohl die Einzel- und Teilmodelle zusammengefügt als auch zentrale Validierungsdaten gewonnen. Weiterhin werden im Projektbereich C auch Modelle zum Strahlungsaustausch von Brennraumatmosphäre und Partikeln entwickelt sowie Messdaten zu den strahlungsphysikalischen Eigenschaften von Partikeln und Wänden gewonnen.

 

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