Verbrennung: physikalisch-chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung
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| Format: | Buch |
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Berlin [u.a.]
Springer
2001
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| adam_text | Titel: Verbrennung
Autor: Warnatz, Jürgen
Jahr: 2001
Inhaltsverzeichnis
1 Grundlegende Begriffe und Phänomene.................................................1
1.1 Einleitung.................................................................................................... 1
1.2 Einige grundlegende Begriffe.....................................................................2
1.3 Grundlegende Flammentypen.....................................................................4
1.4 Übungsaufgaben..........................................................................................9
2 Experimentelle Untersuchungen von Flammen...................................11
2.1 Geschwindigkeitsmessungen....................................................................12
2.2 Dichtemessungen......................................................................................13
2.3 Konzentrationsmessungen.........................................................................15
2.4 Temperaturmessungen..............................................................................20
2.5 Druckmessungen.......................................................................................22
2.6 Messung von Partikelgrößen.....................................................................23
2.7 Simultane Anwendung verschiedener Laser-Diagnostiken......................24
2.8 Übungsaufgaben.......................................................................................25
3 Mathematische Beschreibung laminarer flacher Vormischflammen 27
3.1 Erhaltungsgleichungen für laminare flache Vormischflammen...............27
3.2 Wärme- und Stoff transport.......................................................................31
3.3 Die Beschreibung einer laminaren flachen Vormischflammenfront........32
3.4 Übungsaufgaben........................................................................................36
4 Thermodynamik von Verbrennungsvorgängen...................................37
4.1 Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik.................................................37
4.2 Standard-Bildungsenthalpien....................................................................38
4.3 Wärmekapazitäten.....................................................................................40
4.4 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik..............................................42
4.5 Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik................................................43
4.6 Gleichgewichtskriterien und Thermodynamische Funktionen.................44
4.7 Gleichgewicht in Gasmischungen; Chemisches Potential........................45
4.8 Bestimmung von Gleichgewichtszusammensetzungen in der Gasphase.. 47
4.9 Bestimmung adiabatischer Flammentemperaturen...................................50
4.10 Tabellierung thermodynamischer Daten...................................................51
4.11 Übungsaufgaben........................................................................................53
VIII Inhaltsverzeichnis
5 Transportprozesse...................................................................................55
5.1 Einfache physikalische Deutung der Transportprozesse...........................55
5.2 Wärmeleitung............................................................................................58
5.3 Viskosität...................................................................................................61
5.4 Diffusion...................................................................................................62
5.5 Thermodiffusion, Dufour-Effekt und Druckdiffusion..............................65
5.6 Vergleich mit dem Experiment.................................................................65
5.7 Übungsaufgaben........................................................................................69
6 Chemische Reaktionskinetik..................................................................71
6.1 Zeitgesetz und Reaktionsordnung.............................................................71
6.2 Zusammenhang von Vorwärts- und Rückwärtsreaktion...........................73
6.3 Elementarreaktionen, Reaktionsmolekularität..........................................73
6.4 Experimentelle Untersuchung von Elementarreaktionen..........................80
6.5 Temperaturabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten..................81
6.6 Druckabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten..........................83
6.7 Oberflächenreaktionen..............................................................................87
6.8 Übungsaufgaben........................................................................................92
7 Reaktionsmechanismen..........................................................................93
7.1 Eigenschaften von Reaktionsmechanismen..............................................93
7.1.1 Quasistationarität.......................................................................................94
7.1.2 Partielle Gleichgewichte...........................................................................97
7.2 Analyse von Reaktionsmechanismen........................................................99
7.2.1 Empfindlichkeitsanalyse.........................................................................100
7.2.2 Reaktionsflussanalysen........................................................................... 104
7.2.3 Eigenwertanalysen von chemischen Reaktionssystemen........................106
7.3 Steifheit von gewöhnlichen Differentialgleichungssystemen.................110
7.4 Vereinfachung von Reaktionsmechanismen...........................................110
7.5 Radikalkettenreaktionen..........................................................................116
7.6 Übungsaufgaben......................................................................................119
8 Laminare Vormischflammen...............................................................1-1
8.1 Vereinfachte thermische Theorie der Flammenfortpflanzung von Zeldovich... 121
8.2 Numerische Lösung der Erhaltungsgleichungen....................................123
8.2.1 Ortsdiskretisierung..................................................................................123
8.2.2 Anfangs- und Randwerte, Stationarität...................................................125
8.2.3 Explizite Lösungsverfahren.................................................................... 126
8.2.4 Implizite Lösungsverfahren....................................................................127
8.2.5 Semi-implizite Lösung von partiellen Differentialgleichungen..............128
8.2.6 Implizite Lösung von partiellen Differentialgleichungen.......................128
8.3 Flammenstrukturen.................................................................................129
8.4 Flammengeschwindigkeit.......................................................................133
8.5 Empfindlichkeitsanalyse.........................................................................135
8.6 Übungsaufgaben......................................................................................137
Inhaltsverzeichnis IX
9 Laminare nicht-vorgemischte Flammen.............................................139
9.1 Nicht-vorgemischte Gegenstromflammen..............................................140
9.2 Nicht-vorgemischte Strahlflammen........................................................144
9.3 Nicht-vorgemischte Flammen mit schneller Chemie..............................146
9.4 Übungsaufgaben......................................................................................150
10 ZUndprozesse.........................................................................................151
10.1 Vereinfachte thermische Theorie der Explosion von Semenov.............. 152
10.2 Thermische Theorie der Explosion von Frank-Kamenetskii.................. 154
10.3 Selbstzündungsvorgänge: Zündgrenzen..................................................155
10.4 Selbstzündungsvorgänge: Induktionszeit................................................159
10.5 Fremdzündung, Mindestzündenergie......................................................160
10.6 Funkenzündung....................................................................................... 164
10.7 Detonationen...........................................................................................165
10.8 Übungsaufgaben......................................................................................167
11 Die Navier-Stokes-Gleichungen für
dreidimensionale reaktive Strömungen..............................................169
11.1 Die Erhaltungsgieichungen..................................................................... 169
11.1.1 Erhaltung der Gesamtmasse....................................................................171
11.1.2 Erhaltung der Speziesmassen..................................................................171
11.1.3 Erhaltung des Impulses...........................................................................172
11.1.4 Erhaltung der Energie.............................................................................172
11.2 Die empirischen Gesetze.........................................................................173
11.2.1 Das Newtonsche Schubspannungsgesetz................................................173
11.2.2 Das Fouriersche Wärmeleitfähigkeitsgesetz........................................... 174
11.2.3 Ficksches Gesetz und Thermodiffusion..................................................174
11.2.4 Ermittlung von Transportkoeffizienten aus molekularen Eigenschaften 175
11.3 Einige Definitionen und Gesetze aus der Vektor- und Tensorrechnung. 175
11.4 Übungsaufgaben......................................................................................177
12 Turbulente reaktive Strömungen........................................................179
12.1 Einige Grunderscheinungen....................................................................179
12.2 Direkte Numerische Simulationen..........................................................182
12.3 Turbulenzmodellierung: Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF).. 184
12.4 Turbulenzmodellierung: Zeit- und Favre-Mittelung...............................185
12.5 Gemittelte Erhaltungsgleichungen..........................................................187
12.6 Turbulenzmodelle...................................................................................189
12.7 Mittlere Reaktionsgeschwindigkeiten.....................................................193
12.8 „Eddy-Break-Up -Modelle..................................................................... 199
12.9 „Large-Eddy -Simulation (LES)............................................................200
12.10 Turbulente Skalen...................................................................................200
12.11 Übungsaufgaben......................................................................................202
X Inhaltsverzeichnis
13 Turbulente nicht-vorgemischte Flammen...........................................205
13.1 Nicht-vorgemischte Flammen mit Gleichgewichts-Chemie...................206
13.2 Nicht-vorgemischte Flammen mit endlich schneller Chemie.................209
13.3 Flammenlöschung...................................................................................215
13.4 PDF-Simulationen turbulenter nicht-vorgemischter Flammen...............217
13.5 Übungsaufgaben......................................................................................220
14 Turbulente Vormischflammen.............................................................221
14.1 Charakterisierung turbulenter vorgemischter Flammen..........................221
14.2 „Flamelef-Behandlung...........................................................................224
14.3 Turbulente Flammengeschwindigkeit.....................................................226
14.4 Flammenlöschung...................................................................................228
14.5 Weitere Modelle turbulenter vorgemischter Verbrennung.....................231
14.6 Übungsaufgaben......................................................................................231
15 Verbrennung flüssiger und fester Brennstoffe...................................233
15.1 Tröpfchen- und Spray-Verbrennung.......................................................233
15.1.1 Verbrennung von Einzeltröpfchen..........................................................234
15.1.2 Verbrennung eines Sprays.......................................................................239
15.2 Kohleverbrennung...................................................................................245
16 Motorklopfen.........................................................................................247
16.1 Grundlegende Phänomene......................................................................247
16.2 Hochtemperatur-Oxidation.....................................................................250
16.3 Niedertemperatur-Oxidation...................................................................252
16.4 Klopfschäden...........................................................................................256
16.5 Übungsaufgaben......................................................................................257
17 Stickoxid-Bildung..................................................................................259
17.1 Thermisches NO (Zeldovich-NO)...........................................................259
17.2 Promptes NO (Fenimore-NO).................................................................262
17.3 Über Distickstoffoxid erzeugtes NO.......................................................265
17.4 Konversion von Brennstoff-Stickstoff in NO.........................................266
17.5 NO-Reduktion durch primäre Maßnahmen: Stufung, Magerverbrennung 271
17.6 Primäre Maßnahmen: Katalytische Verbrennung...................................276
17.7 NO-Reduktion durch sekundäre Maßnahmen: Stationäre Anlagen........277
17.8 NO-Reduktion durch sekundäre Maßnahmen: Motoren.........................280
18 Bildung von Kohlenwasserstoffen und Ruß.......................................281
18.1 Unverbrannte Kohlenwasserstoffe..........................................................281
18.1.1 Flammenlöschung durch Streckung........................................................281
18.1.2 Flammenlöschung an der Wand und in Spalten......................................282
18.2 Bildung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) 284
18.3 Phänomenologie der Rußbildung............................................................286
18.4 Modellierung und Simulation der Rußbildung.......................................290
19 Literaturverzeichnis..............................................................................299
20 Index.......................................................................................................315
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| author | Warnatz, Jürgen 1944-2007 Maas, Ulrich 1959- Dibble, Robert W. |
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| spelling | Warnatz, Jürgen 1944-2007 Verfasser (DE-588)1049426592 aut Verbrennung physikalisch-chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung J. Warnatz ; U. Maas ; R. W. Dibble 3., aktualisierte und erw. Aufl. Berlin [u.a.] Springer 2001 X, 326 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Hier auch später erschienene, unveränderte Nachdrucke Thermodynamik gtt Verbrennung (DE-588)4062656-8 gnd rswk-swf Flamme (DE-588)4154542-4 gnd rswk-swf (DE-588)4123623-3 Lehrbuch gnd-content Flamme (DE-588)4154542-4 s DE-604 Verbrennung (DE-588)4062656-8 s Maas, Ulrich 1959- Verfasser (DE-588)172550262 aut Dibble, Robert W. Verfasser aut Erscheint auch als Online-Ausgabe 978-3-642-56451-2 http://www3.ub.tu-berlin.de/ihv/000773249.pdf Inhaltsverzeichnis HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=009419738&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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