Technische Verbrennung: Verbrennungstechnik, Verbrennungsmodellierung, Emissionen ; mit 65 Tabellen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXVII, 907 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540343334 9783540343332 |
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| adam_text | FRANZ JOOS
TECHNISCHE
VERBRENNUNG
VERBRENNUNGSTECHNIK,
VERBRENNUNGSMODELLIERUNG, EMISSIONEN
MIT 449 ABBILDUNGEN UN
D 65 TABELLEN
SPRINGER
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1 ENERGIEWIRTSCHAFT 1
1.2 PRIMAERENERGIE 5
1.3 WANDLUNG VON PRIMAERENERGIE IN NUTZENERGIE 7
1.4 VERBRENNUNG 9
1.5 FLAMMEN 11
LITERATUR 14
2. BRENNSTOFFE 15
2.1 EINFACHE KOHLENWASSERSTOFFE ALS BRENNSTOFFE 16
2.2 FESTE FOSSILE BRENNSTOFFE 24
2.3 FLUESSIGE FOSSILE BRENNSTOFFE 27
2.4 GASFOERMIGE FOSSILE BRENNSTOFFE 29
2.5 REGENERATIVE BRENNSTOFFE 31
2.6 BRENNSTOFFE FUER GASTURBINEN 33
2.7 KRAFTSTOFFE DER VERBRENNUNGSMOTOREN 41
2.8 BRENNSTOFFE MIT ZUGESETZTEM OXIDATOR 44
2.8.1 TREIBSTOFFE 45
2.8.2 SPRENGSTOFFE 46
LITERATUR 49
3. GRUNDLAGEN 51
3.1 GRUNDLAGEN DER THERMODYNAMIK 51
3.2 DIE HAUPTSAETZE DER THERMODYNAMIK 59
3.3 DIE STANDARD-BILDUNGSENTHALPIEN 64
3.4 THERMODYNAMISCHE FUNKTIONEN, GLEICHGEWICHTSKRITERIEN,
CHEMISCHES POTENTIAL 71
3.5 DIE BESTIMMUNG DER ADIABATEN FLAMMENTEMPERATUR,
DER HEIZWERT 78
LITERATUR 84
VIII INHALTSVERZEICHNIS
4. VERBRENNUNGSRECHNUNG 85
4.1 DIE VERBRENNUNGSRECHNUNG FUER FESTE UND FLUESSIGE BRENNSTOFFE ... 85
4.1.1 ERFORDERLICHER SAUERSTOFF- UND LUFTBEDARF 86
4.1.2 ABGASMENGE UND -ZUSAMMENSETZUNG 90
4.2 DIE VERBRENNUNGSRECHNUNG FUER GASFOERMIGE BRENNSTOFFE 100
LITERATUR 107
5. CHEMISCHE REAKTIONSKINETIK 109
5.1 DIE BESCHREIBUNG HOMOGENER CHEMISCHER REAKTIONEN 110
5.1.1 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 110
5.1.2 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 114
5.1.3 ELEMENTARREAKTIONEN 115
5.1.4 RADIKALKETTENREAKTIONEN 119
5.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DES GESCHWINDIGKEITSKOEFFIZIENTEN.... 124
5.1.6 DRUCKABHAENGIGKEIT DES GESCHWINDIGKEITSKOEFFIZIENTEN 126
5.2 DIE BESCHREIBUNG HETEROGENER REAKTIONSSYSTEME 129
5.2.1 HETEROGEN KATALYSIERTE REAKTIONEN 129
5.2.2 ADSORPTION 134
5.2.3 UMSATZGESCHWINDIGKEIT KATALYSIERTER REAKTIONEN 136
5.2.4 FILMDIFFUSION UND REAKTION 139
5.2.5 PORENDIFFUSION UND REAKTION 143
LITERATUR 148
6. REAKTIONSMECHANISMEN 151
6.1 DETAILLIERTE CHEMIE 152
6.2 METHODEN DER VEREINFACHUNG VON REAKTIONSMECHANISMEN 156
6.2.1 EINFACHE REAKTIONSFOLGE MIT ANALYTISCHER LOESUNG 156
6.2.2 QUASISTATIONARITAET 158
6.2.3 EMPFINDLICHKEITSANALYSE (SENSITIVITAETSANALYSE) 160
6.2.4 EIGENWERTANALYSE VON CHEMISCHEN REAKTIONSMECHANISMEN 165
6.2.5 PARTIELLE GLEICHGEWICHTE 170
6.2.6 REAKTIONSFLUSSANALYSE 174
6.3 NUMERISCHE VERFAHREN ZUR REDUKTION DER RECHENZEIT VON
REAKTIONSMECHANISMEN 176
6.3.1 DAS REDUKTIONSVERFAHREN DER INTRINSISCHEN
NIEDRIGDIMENSIONALEN MANNIGFALTIGKEIT (ILDM) 177
6.3.2 FLAMELET GENERATED MANIFOLDS (FGM) 185
6.3.3 AUTOMATISIERTE REDUKTIONSMETHODEN (CARM) 186
6.3.4 ADAPTIVE TABELLENERSTELLUNG (ISAT) 187
6.3.5 REDUKTION VON REAKTIONSMECHANISMEN MITTELS GENETISCHER
ALGORITHMEN 188
INHALTSVERZEICHNIS IX
6.3.6 REDUKTION DES RECHENAUFWANDES MITTELS NEURONALER NETZE 192
LITERATUR 194
7. FLAMMENSTABILISIERUNG 199
7.1 PHYSIK DER FLAMMENSTABILISIERUNG 199
7.2 STABILISIERUNG SELBSTZUENDENDER FLAMMEN 210
7.3 FLAMMENINSTABILITAET IN DER NAEHE DER ZUEND- UND
LOESCHGRENZEN 212
7.4 LOESCHABSTAND 213
LITERATUR 215
8. ZUENDPROZESSE 217
8.1 PHYSIKALISCHE GRUNDPHAENOMENE DER ZUENDUNG 218
8.1.1 ZUENDGRENZEN, ZUENDTEMPERATUR 218
8.1.2 MINDESTZUENDENERGIE 225
8.2 MODELLVORSTELLUNGEN VON ZUENDPROZESSEN 226
8.2.1 VEREINFACHTE THERMISCHE THEORIE DER ZUENDUNG VON SEMENOV ... 227
8.2.2 THERMISCHE THEORIE DER ZUENDUNG VON FRANK-KAMENETSKII 229
8.2.3 ZUENDVERHALTEN DES H
2
/O
2
-SYSTEMS 231
8.3 SELBSTZUENDVORGAENGE VON KOHLENWASSERSTOFF-LUFTGEMISCHEN 235
8.3.1 MESSMETHODE DER SELBSTZUENDUNG 236
8.3.2 METHAN/LUFTGEMISCHE 238
8.3.3 GEMISCHE GASFOERMIGER HOEHERER KOHLENWASSERSTOFFE 240
8.3.4 GEMISCHE FLUESSIGER HOEHERER KOHLENWASSERSTOFFE 248
8.4 ZUENDUNG VON FESTEN BRENNSTOFFEN 253
8.4.1 PHAENOMENOLOGISCHE BETRACHTUNG DER FESTSTOFFZUENDUNG 254
8.4.2 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 257
8.4.3 MODELLIERUNG DES ZUENDPROZESSES VON KOHLEPARTIKEL 259
8.4.4 SELBSTZUENDEFFEKTE BEI FESTEN BRENNSTOFFEN 262
8.5 DETONATIONEN 266
LITERATUR 268
9. LAMINARE VORMISCHFLAMMEN 277
9.1 FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 278
9.2 MESSVERFAHREN DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 280
9.2.1 ROHRREAKTOR 282
9.2.2 RUEHRKESSEL 285
9.3 MESSWERTE DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 286
9.4 THEORETISCHE BESCHREIBUNG DER LAMINAREN
FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 293
9.4.1 VEREINFACHTE THERMISCHE THEORIE DER FLAMMENAUSBREITUNG 294
INHALTSVERZEICHNIS
9.4.2 NUMERISCHE MODELLIERUNG DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 303
9.5 LAMINARE FLAMMENSTRUKTUREN 307
LITERATUR 310
10. LAMINARE NICHT-VORGEMISCHTE FLAMMEN ..313
10.1 ERSCHEINUNGSFORMEN NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN 313
10.2 ABSCHAETZUNG DER FLAMMENLAENGE 315
10.3 MODELLIERUNG NICHT-VORGEMISCHTER GEGENSTROMFLAMMEN 317
10.4 MISCHUNGSBRUCHBESCHREIBUNG NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN
MIT SCHNELLER CHEMIE 321
LITERATUR 328
11
. TURBULENTE REAKTIVE STROEMUNGEN 329
11.1 GRUNDERSCHEINUNGEN TURBULENTER NICHTREAKTIVER UND
REAKTIVER STROEMUNGEN 329
11.2 TURBULENTE SKALEN 332
11.3 ERSCHEINUNGSFORMEN TURBULENTER FLAMMEN 335
11.3.1 DIE TURBULENTE FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 335
11.3.2 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG TURBULENTER
FLAMMENGESCHWINDIGKEITEN 339
11.4 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG TURBULENTER REAKTIVER
STROEMUNGEN 343
11.4.1 DIE ERHALTUNGSGLEICHUNGEN, DIE NAVIER-STOKES SCHEN
GLEICHUNGEN 343
11.4.2 DIREKTE NUMERISCHE SIMULATION (DNS) 346
11.4.3 YYLARGE-EDDY -SIMULATION (LES) 349
11.4.4 ZEITLICHE- BZW. FAVRE-MITTELUNGSVERFAHREN 351
11.4.5 GEMITTELTE ERHALTUNGSGLEICHUNGEN
(RANS, TRANS, URANS) 354
11.4.6 TURBULENZMODELLE 356
11.4.7 PROBLEMATIK DER MITTELUNG VON REAKTIONSGESCHWINDIGKEITEN
IN TURBULENTEN STROEMUNGEN 361
11.4.8 (U)RANS MIT STATISTISCHER BESCHREIBUNG (PDF) DER
TURBULENZ-CHEMIE-INTERAKTION ZUR SCHLIESSUNG
DES QUEILTERMS 364
LITERATUR .370
12. SCHLIESSUNGSMODELLE TURBULENTER
NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN 373
12.1 DAS EDDY-DISSIPATIONS-MODELL (EDM) 376
12.2 DAS LINEARISIERTE FINITE-RATE-CHEMISTRY-MODELL (FRCM) 377
INHALTSVERZEICHNIS XI
12.3 ANGENOMMENE WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEMODELLE
(PRESUMED-PDF) 379
12.3.1 DAS MISCHUNGSBRUCHMODELL MIT PRESUMED-PDF 380
12.3.2 DAS FLAMELET-MODELL 385
12.3.3 DAS FLAMELET-MODELL MIT PRESUMED-PDF 388
12.4 DAS PDF-TRANSPORTGLEICHUNGSMODELL 390
12.4.1 EINLEITUNG 390
12.4.2 STATISTISCHE BESCHREIBUNG DES THERMOCHEMISCHEN ZUSTANDES .... 392
12.4.3 HERLEITUNG DER PDF-TRANSPORTGLEICHUNG 394
12.4.4 MISCHUNGSMODELLIERUNG 396
12.4.5 MONTE-CARLO-LOESUNGSVERFAHREN 399
12.4.6 KOPPLUNG MIT CFD-PROGRAMMEN 401
12.5 DAS CONDITIONAL MOMENT CLOSURE MODELL 403
12.6 DAS FLAME SURFACE DENSITY MODELL 404
12.7 MODELLVERGLEICH MIT EXPERIMENTELLEN DATEN 405
12.7.1 BESCHREIBUNG DER SANDIA-FLAMME 405
12.7.2 ERGEBNISSE 407
12.8 UEBERBLICK UEBER DIE VORGESTELLTEN MODELLE 409
LITERATUR 411
13. SCHLIESSUNGSMODELLE TURBULENTER
VORMISCHFLAMMEN 415
13.1 CHARAKTERISIERUNG TURBULENTER VORGEMISCHTER FLAMMEN 416
13.2 MODELLE TURBULENTER VORMISCHFLAMMEN 420
13.2.1 DEFINITION DER REAKTIONSFORTSCHRITTSVARIABLEN 421
13.2.2 AUF DER SKALAREN DISSIPATIONSRATE BASIERENDE MODELLE 422
13.2.3 AUF DER FLAMMENTOPOLOGIE BASIERENDE MODELLE 423
13.2.4 STATISTISCHE MODELLE MIT WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEFUNKTIONEN.427
LITERATUR 429
14. MODELLIERUNG DER VERBRENNUNG
FLUESSIGER BRENNSTOFFE 433
14.1 PHAENOMENOLOGIE DER VERBRENNUNG FLUESSIGER BRENNSTOFFE 434
14.2 ZERSTAEUBUNG 435
14.2.1 ZERSTAEUBER 436
14.2.2 PRIMAERZERFALL 438
14.2.3 SEKUNDAERZERFALL 444
14.2.4 EINFLUESSE AUF DIE ZERSTAEUBUNG 448
14.2.5 BESCHREIBUNG EINES SPRAYS 453
14.3 MODELLIERUNG DES TROPFENZERFALLS 455
XII INHALTSVERZEICHNIS
14.3.1 EMPIRISCHE MODELLIERUNG 456
14.3.2 MECHANISCHE MODELLIERUNG 460
14.4 VERDAMPFUNG 463
14.4.1 QUASI-EINDIMENSIONALE ABSCHAETZUNG DER TROPFENVERDAMFUNG ..464
14.4.2 DETAILLIERTERE BERECHNUNG DES ABDAMPFENDEN MASSENSTROMS ....468
14.4.3 BERECHNUNG DER TROPFENTEMPERATUR 473
14.5 MODELLE ZUR NUMERISCHEN BESCHREIBUNG VON
MEHRPHASENSTROEMUNGEN 481
14.5.1 LOKAL HOMOGENE MODELLE (LHF-MODELLE, LOCALLY
HOMOGENEOUS FLOW) 481
14.5.2 MODELLE UNTER BEACHTUNG DER DISPERSION (SF-MODELLE,
SEPARATED FLOW) 484
14.6 TURBULENTE DISPERSION 496
14.6.1 DETERMINISTISCHE VERFAHREN 496
14.6.2 STOCHASTISCHE VERFAHREN 497
14.6.3 PARTICLE CLOUD TRACKING MODELLE 504
14.7 SPRAYVERBRENNUNG 509
14.7.1 VERBRENNUNG VON EINZELTROEPFCHEN 509
14.7.2 VERBRENNUNG EINES SPRAYS 511
LITERATUR 512
15. DIE VERBRENNUNG FESTER BRENNSTOFFE 519
15.1 EINLEITUNG 520
15.2 KOHLEFEUERUNGEN 521
15.3 PHAENOMENOLOGIE DES KOHLEVERBRENNUNGSPROZESSES 527
15.4 BERECHNUNGSMETHODIK DER KOHLEVERBRENNUNG 532
15.4.1 STROEMUNGSFELD 534
15.4.2 WAERMEUEBERTRAGUNG 538
15.4.3 DIE HETEROGENE KOHLEVERBRENNUNGSMODELLIERUNG 545
15.4.4 DIE BERUECKSICHTIGUNG DER HOMOGENEN GAPHASEN-REAKTION 563
15.4.5 BERECHNUNGSBEISPIELE VON KOHLEFEUERUNGEN 564
LITERATUR 570
16. STATIONAERE, EINDIMENSIONALE STROEMUNGEN
MIT WAERMEZUFUHR 577
16.1 WAERMEZUFUHR IM KANAL MIT VERAENDERLICHEM QUERSCHNITT 577
16.2 WAERMEZUFUHR IM KANAL KONSTANTEN QUERSCHNITTS 580
16.2.1 BERECHNUNG DES STATISCHEN DRUCKVERHAELTNISSES 580
16.2.2 BERECHNUNG DES TOTALDRUCKVERHAELTNISSES 582
16.2.3 KRITISCHE WAERMEZUFUHR 586
LITERATUR 589
INHALTSVERZEICHNIS XIII
17. EMISSIONEN DER VERBRENNUNG VON
KOHLENWASSERSTOFFEN 591
17.1 PRIMAERENERGIE UND LUFTSCHADSTOFFE 591
17.2 EMISSION DER STICKOXIDE
(NOX)
596
17.2.1 BILDUNGSMECHANISMEN DER STICKOXIDE 597
17.2.2 BILDUNGSMECHANISMEN DES THERMISCHEN
NO
(ZELDOVICH-./VO) ..601
17.2.3 BILDUNGSMECHANISMEN DES PROMPTEN
NO
(FENIMORE-/VO) 605
17.2.4 UEBER DISTICKSTOFFOXID
(N
2
O,
LACHGAS) ERZEUGTES
NO
606
17.2.5 UEBER DAS AW//-RADIKAL GEBILDETES
NO
607
17.2.6 BILDUNGSMECHANISMEN DER KONVERSION VON BRENNSTOFF
GEBUNDENEM STICKSTOFF IN NO 608
17.2.7 NOX-BILDUNG BEI ABGASRUECKFUEHRUNG 610
17.2.8 GRUNDLEGENDE ZUSAMMENSTELLUNG DER PRIMAERMASSNAHMEN
ZUR NOX-REDUKTION 613
17.3 KOHLENMONOXID
(CO)
615
17.4 UNVERBRANNTE KOHLENWASSERSTOFFE ALS SCHADSTOFFEMISSIONEN....616
17.5 BILDUNG VON POLYZYKLISCHEN AROMATISCHEN KOHLENWASSER
STOFFEN
(PAK, PAH)
ALS RUSSVORGAENGER 618
17.6 RUSS 619
LITERATUR 628
18. GASTURBINENBRENNKAMMERN 633
18.1 KONVENTIONELLE BRENNKAMMERN VON GASTURBINEN 633
18.1.1 FUNKTIONSWEISE 634
18.1.2 BRENNKAMMERBAUFORMEN 637
18.1.3 BRENNSTOFFEINDUESUNG 639
18.1.4 DER BRENNKAMMERDRUCKVERLUST 642
18.1.5 DIE TEMPERATURVERTEILUNG AM BRENNKAMMERAUSTRITT 643
18.1.6 BETRIEBSVERHALTEN EINER KONVENTIONELLEN
FLUGGASTURBINENBRENNKAMMER 645
18.2 GASTURBINENBRENNKAMMERTECHNOLOGIE ZUR REDUKTION
DER EMISSIONEN 648
18.2.1 TECHNOLOGIE SCHADSTOFFREDUZIERTER BRENNKAMMER (LEC) 649
18.2.2 MAGERVERBRENNUNG GASFOERMIGER BRENNSTOFFE (DLE) 650
18.2.3 MAGERVERBRENNUNG FLUESSIGER BRENNSTOFFE 655
18.2.4 FETT-MAGERVERBRENNUNG
(RQL,
RICH BURN - QUICK QUENCH -
LEAN BURN) 668
18.2.5 LEAN DIRECT INJECTION SYSTEME
(LDI)
672
18.2.6 NACHVERBRENNUNG 675
18.2.7 ALTERNATIVE BRENNSTOFFE 677
18.2.8 ABSENKUNG DER FLAMMENTEMPERATUR 681
XIV INHALTSVERZEICHNIS
18.3 KATALYTISCHE VERBRENNUNG 682
LITERATUR 686
19. PRIMAERE REDUKTION DER STICKOXID
EMISSION BEI FEUERUNGSANLAGEN 689
19.1 ./VOJT-REDUZIERTE KOHLEFEUERUNG 689
19.2 MODELLIERUNG DER
NOX-BMUNG
693
19.3 STICKOXIDBILDUNG BEI GESTUFTER VERBRENNUNG 697
19.4 EMISSIONEN AUSGEFUEHRTER FEUERUNGSANLAGEN 703
19.4.1 KOHLEFEUERUNGEN VON KRAFTWERKEN 703
19.4.2 OELGEFEUERTE ANLAGEN 704
19.4.3 GASGEFEUERTE ANLAGEN 705
LITERATUR 706
20. SEKUNDAERE MASSNAHMEN DER
ABGASREINIGUNG 711
20.1 ENTSCHWEFELUNG BEI FEUERUNGSANLAGEN 712
20.1.1 TROCKENADDITIV-VERFAHREN 712
20.1.2 WASCHVERFAHREN 712
20.2 ENTSTICKUNG BEI STATIONAEREN UND MOBILEN ANLAGEN 714
20.2.1 SELEKTIVE NICHTKATALYTISCHE REDUKTION
(SNCR)
715
20.2.2 KATALYTISCHE VERFAHREN BEI STATIONAEREN ANLAGEN 715
20.2.3 DER DREI-WEGE-KATALYSATOR MIT MOBILEN ANLAGEN 716
20.3 PARTIKELRUECKHALTUNG BEI STATIONAEREN ANLAGEN 718
20.4 RUSSENTFERNUNG BEI MOBILEN ANLAGEN, ABGASREINIGUNG
DES DIESELMOTORS 722
LITERATUR 723
21
. CO
2
-SEQUESTIERUNG 725
21.1 CO
2
-ABSCHEIDUNGSTECHNIKEN 726
21.1.1 ABGASREINIGUNG 727
21.1.2 CO
2
-ARME KRAFTWERKSKONZEPTE 727
21.1.3 AUSWIRKUNGEN UND VERBRENNUNGSPROZESS 731
21.2 CO
2
-VERWERTUNG 732
21.3 CO
2
-DEPONIERUNG 732
21.4 MOEGLICHE UMWELTWIRKUNGEN DER ABSCHEIDUNGSTECHNOLOGIEN ...733
LITERATUR 735
INHALTSVERZEICHNIS XV
22
. THERMOAKUSTIK VON BRENNKAMMERN 737
22.1 EINLEITUNG 738
22.2 ANREGUNGSMECHANISMEN DER BRENNKAMMERPULSATIONEN 738
22.2.1 PHAENOMEN DER FREMDERREGTEN BRENNKAMMERSCHWINGUNGEN 739
22.2.2 DAS PHAENOMEN DER SELBSTERREGTEN BRENNKAMMER
SCHWINGUNGEN 740
22.3 ABHILFEMASSNAEHMEN 746
22.3.1 MODIFIKATION AM BRENNER, AM BRENNRAUM ODER AN DER
BRENNSTOFF- BZW. LUFTZUFUEHRUNG 747
22.3.2 PASSIVE DAEMPFUNGSMASSNAHMEN 749
22.3.3 AKTIVE STABILISIERUNGSMASSNAHMEN 751
22.4 ANALYSEMETHODEN DER THERMOAKUSTIK 754
22.4.1 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGSMETHODEN 754
22.4.2 AKUSTISCHE STABILITAETSANALYSEN DER BRENNKAMMER 755
22.4.3 VERZUGSZEITMODELLE 757
22.4.4 STABILITAETSANALYSEN MIT FLAMMENUEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN 758
22.4.5 INSTATIONAERE CFD-BERECHNUNG 763
LITERATUR 766
23. WAERMEUEBERTRAGUNG IN BRENNRAEUMEN 775
23.1 WAERMEUEBERTRAGUNGSPROZESSE VOM HEISSGAS AUF DIE WAND 777
23.1.1 WAERMEAUSTAUSCH DURCH STRAHLUNG 777
23.2 WAERMELEITUNG INNERHALB DER WAND 787
23.3 WAERMEABGABE DER WAND 790
23.3.1 STRAHLUNGSAUSTAUSCH MIT DER UMGEBUNG 790
23.3.2 KONVEKTION AUF DER KALTEN WANDSEITE 790
23.4 WAERMEDURCHGANG DURCH DIE WAND 798
23.5 WAENDE MIT VERGROESSERTER OBERFLAECHE 799
23.6 FILMKUEHLUNG DER HEISSGASSEITE 801
LITERATUR 808
24. MOTORISCHE VERBRENNUNG 811
24.1 THERMODYNAMISCHE MODELLIERUNG DES BRENNVERLAUFS 811
24.2 BESCHREIBUNG DER DIESELMOTORISCHEN VERBRENNUNG 817
24.2.1 EINLEITUNG 817
24.2.2 STRAHLMODELLIERUNG 818
24.2.3 WANDWAERMEUEBERGANG 820
24.2.4 SELBSTZUENDUNG 821
24.2.5 VERBRENNUNGSMODELL 821
24.2.6 SCHADSTOFFBILDUNG 821
24.2.7 BEISPIELE DIESELMOTORISCHER VERBRENNUNGSSIMULATION 822
XVI INHALTSVERZEICHNIS
24.3 BESCHREIBUNG DER OTTOMOTORISCHEN VERBRENNUNG 827
24.3.1 EINLEITUNG 827
24.3.2 VERBRENNUNGSMODELLE 827
24.3.3 BEISPIELE OTTOMOTORISCHER VERBRENNUNGSSIMULATION 832
24.4 PRIMAERE MASSNAHMEN ZUR EMISSIONSREDUKTION VON
VERBRENNUNGSMOTOREN 833
24.4.1 ABSENKUNG DER SPITZENTEMPERATUREN 833
24.4.2 ABGASREZIRKULATION (EGR) 834
24.5 ZUSAMMENFASSUNG 837
LITERATUR 838
25. STANDARDMESSVERFAHREN DER
LUFTSCHADSTOFFE 841
25.1 UEBERBLICK 842
25.2 CHEMILUMINESZENZANALYSATOR FUER
NOX
844
25.3 NICHTDISPERSIVER INFRAROTANALYSATOR
(NDIR)
FUER ALLE GASE 845
25.4 FLAMMEN-IONISATIONS-DETEKTOR
(FID)
FUER
HC
847
25.5 PARAMAGNETISCHER ANALYSATOR
(PMA)
FUER
O
2
847
25.6 03-NACHWEIS DURCH
UV-
ABSORPTION 848
25.7 S0
2
-NACHWEIS DURCH T/V-FLUORESZENZ 848
25.8 DIE FOTOMETRIE 849
25.9 KOLORIMETRIE 851
25.10 KONDUKTOMETRIE 851
25.11 CHROMATOGRAPHISCHE VERFAHREN 852
25.12 OLFAKTOMETRIE 853
25.13 RAUCHMESSUNG 853
25.14 NACHWEIS VON SCHWEBSTOFFEN (FEINSTAUB,
PM
10
, PM
2,5
)
IN DER LUFT 857
25.14.1 PARTIKELTRENNUNG DURCH EINEN KASKADENIMPAKTOR 858
25.14.2 MESSUNG DER STAUBNIEDERSCHLAEGE AUS DER ATMOSPHAERE 859
25.14.3 MESSUNG DER STAUBKONZENTRATION DER LUFT 859
25.14.4 STAUBMESSUNG DURCH ABSORPTION VON SS-STRAHLUNG 861
25.15 LUFTKONTROLLSTATION 862
25.16 STANDARD VERFAHREN ZUR MESSUNG DER EMISSIONEN VON
GASTURBINEN UND KRAFTFAHRZEUGEN 863
25.17 UMRECHNUNGEN UND KONZENTRATIONEN 863
25.17.1 FEUCHTIGKEITSKORREKTUR 864
25.17.2 DER EMISSIONSINDEX EI 864
25.17.3 DER VERBRENNUNGSWIRKUNGSGRAD 866
LITERATUR 866
INHALTSVERZEICHNIS XVII
26. GESETZE UND VERORDNUNGEN ZUR
LUFTREINHALTUNG 867
26.1 INTERNATIONALE VEREINBARUNGEN 867
26.1.1 DIE YYGENFER UNECE-KONVENTION UEBER WEITRAEUMIGE,
GRENZUEBERSCHREITENDE LUFTVERUNREINIGUNGEN VON 1979 868
26.1.2 DAS PROTOKOLL ZUR BEGRUENDUNG DES EUROPAEISCHEN MESS
UND BEWERTUNGSPROGRAMMS FUER LUFTSCHADSTOFFE VON 1984 869
26.1.3 DAS YYHELSINKI-PROTOKOLL VON 1985 870
26.1.4 DAS YYSOFIA-PROTOKOLL VON 1988 870
26.1.5 DAS YYGENFER-PROTOKOLL VON 1991 871
26.1.6 DAS YYOSLO-PROTOKOLL VON 1994 871
26.1.7 DAS YYKYOTO-PROTOKOLL VON 1997 871
26.1.8 DAS YYAARHUS-PROTOKOLL VON 1998 873
26.1.9 DAS YYGOETEBORG-PROTOKOLL VON 1999 873
26.1.10 INTERNATIONALE ABGASGRENZWERTE FUER DEN LUFTVERKEHR 875
26.1.11 ANDERE INTERNATIONALE REGELUNGEN 876
26.2 EU-RECHT 877
26.2.1 DIE YYLUFTQUALITAETS-RAHMENRICHTLINIE VON 1996 878
26.2.2 DIE YY1
. TOCHTERRICHTLINIE FUER
SO
2
, NO
2
, PM
L0
UND BLEI
VON 1999 878
26.2.3 DIE YYVOC-RICHTLINIE VON 1999 878
26.2.4 DIE YY3. TOCHTERRICHTLINIE UEBER DEN OZONGEHALT DER LUFT
VON 2002 879
26.2.5 DIE YYGROSSFEUERUNGSANLAGEN-RICHTLINIE VON 2001 879
26.2.6 DIE YYRICHTLINIE UEBER NATIONALE EMISSIONSHOECHSTGRENZEN FUER
BESTIMMTE LUFTSCHADSTOFFE VON 2002 879
26.2.7 ABGASGRENZWERTE FUER DEN VERKEHR 880
26.3 NATIONALE GESETZGEBUNG 882
26.3.1 ALLGEMEINES 882
26.3.2 DAS YYGESETZ ZUM SCHUTZ VOR SCHAEDLICHEN UMWELTEIN
WIRKUNGEN DURCH LUFTVERUNREINIGUNGEN, GERAEUSCHE,
ERSCHUETTERUNGEN UND AEHNLICHE VORGAENGE IN DER
FASSUNG VOM 11. SEPTEMBER 2002 884
26.3.3 ZUSAMMENSTELLUNG DER VERORDNUNGEN DES BIMSCHG 885
26.3.4 KLEINFEUERUNGSANLAGEN (1
. BIMSCHV) 889
26.3.5 GROSSFEUERUNGSANLAGEN(13. BIMSCHV) 890
26.3.6 SONSTIGE FEUERUNGSANLAGEN (TA-LUFT) 891
26.3.7 ABFALLVERBRENNUNGSANLAGEN (17. BIMSCHV) 894
26.3.8 UMWELTVETRAEGLICHKEITSPRUEFUNGSGESETZ (UVPG) 896
LITERATUR 896
XVIII INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG 897
LITERATUR 900
SACHVERZEICHNIS 901
I
|
| adam_txt |
FRANZ JOOS
TECHNISCHE
VERBRENNUNG
VERBRENNUNGSTECHNIK,
VERBRENNUNGSMODELLIERUNG, EMISSIONEN
MIT 449 ABBILDUNGEN UN
D 65 TABELLEN
SPRINGER
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1 ENERGIEWIRTSCHAFT 1
1.2 PRIMAERENERGIE 5
1.3 WANDLUNG VON PRIMAERENERGIE IN NUTZENERGIE 7
1.4 VERBRENNUNG 9
1.5 FLAMMEN 11
LITERATUR 14
2. BRENNSTOFFE 15
2.1 EINFACHE KOHLENWASSERSTOFFE ALS BRENNSTOFFE 16
2.2 FESTE FOSSILE BRENNSTOFFE 24
2.3 FLUESSIGE FOSSILE BRENNSTOFFE 27
2.4 GASFOERMIGE FOSSILE BRENNSTOFFE 29
2.5 REGENERATIVE BRENNSTOFFE 31
2.6 BRENNSTOFFE FUER GASTURBINEN 33
2.7 KRAFTSTOFFE DER VERBRENNUNGSMOTOREN 41
2.8 BRENNSTOFFE MIT ZUGESETZTEM OXIDATOR 44
2.8.1 TREIBSTOFFE 45
2.8.2 SPRENGSTOFFE 46
LITERATUR 49
3. GRUNDLAGEN 51
3.1 GRUNDLAGEN DER THERMODYNAMIK 51
3.2 DIE HAUPTSAETZE DER THERMODYNAMIK 59
3.3 DIE STANDARD-BILDUNGSENTHALPIEN 64
3.4 THERMODYNAMISCHE FUNKTIONEN, GLEICHGEWICHTSKRITERIEN,
CHEMISCHES POTENTIAL 71
3.5 DIE BESTIMMUNG DER ADIABATEN FLAMMENTEMPERATUR,
DER HEIZWERT 78
LITERATUR 84
VIII INHALTSVERZEICHNIS
4. VERBRENNUNGSRECHNUNG 85
4.1 DIE VERBRENNUNGSRECHNUNG FUER FESTE UND FLUESSIGE BRENNSTOFFE . 85
4.1.1 ERFORDERLICHER SAUERSTOFF- UND LUFTBEDARF 86
4.1.2 ABGASMENGE UND -ZUSAMMENSETZUNG 90
4.2 DIE VERBRENNUNGSRECHNUNG FUER GASFOERMIGE BRENNSTOFFE 100
LITERATUR 107
5. CHEMISCHE REAKTIONSKINETIK 109
5.1 DIE BESCHREIBUNG HOMOGENER CHEMISCHER REAKTIONEN 110
5.1.1 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 110
5.1.2 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 114
5.1.3 ELEMENTARREAKTIONEN 115
5.1.4 RADIKALKETTENREAKTIONEN 119
5.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DES GESCHWINDIGKEITSKOEFFIZIENTEN. 124
5.1.6 DRUCKABHAENGIGKEIT DES GESCHWINDIGKEITSKOEFFIZIENTEN 126
5.2 DIE BESCHREIBUNG HETEROGENER REAKTIONSSYSTEME 129
5.2.1 HETEROGEN KATALYSIERTE REAKTIONEN 129
5.2.2 ADSORPTION 134
5.2.3 UMSATZGESCHWINDIGKEIT KATALYSIERTER REAKTIONEN 136
5.2.4 FILMDIFFUSION UND REAKTION 139
5.2.5 PORENDIFFUSION UND REAKTION 143
LITERATUR 148
6. REAKTIONSMECHANISMEN 151
6.1 DETAILLIERTE CHEMIE 152
6.2 METHODEN DER VEREINFACHUNG VON REAKTIONSMECHANISMEN 156
6.2.1 EINFACHE REAKTIONSFOLGE MIT ANALYTISCHER LOESUNG 156
6.2.2 QUASISTATIONARITAET 158
6.2.3 EMPFINDLICHKEITSANALYSE (SENSITIVITAETSANALYSE) 160
6.2.4 EIGENWERTANALYSE VON CHEMISCHEN REAKTIONSMECHANISMEN 165
6.2.5 PARTIELLE GLEICHGEWICHTE 170
6.2.6 REAKTIONSFLUSSANALYSE 174
6.3 NUMERISCHE VERFAHREN ZUR REDUKTION DER RECHENZEIT VON
REAKTIONSMECHANISMEN 176
6.3.1 DAS REDUKTIONSVERFAHREN DER INTRINSISCHEN
NIEDRIGDIMENSIONALEN MANNIGFALTIGKEIT (ILDM) 177
6.3.2 FLAMELET GENERATED MANIFOLDS (FGM) 185
6.3.3 AUTOMATISIERTE REDUKTIONSMETHODEN (CARM) 186
6.3.4 ADAPTIVE TABELLENERSTELLUNG (ISAT) 187
6.3.5 REDUKTION VON REAKTIONSMECHANISMEN MITTELS GENETISCHER
ALGORITHMEN 188
INHALTSVERZEICHNIS IX
6.3.6 REDUKTION DES RECHENAUFWANDES MITTELS NEURONALER NETZE 192
LITERATUR 194
7. FLAMMENSTABILISIERUNG 199
7.1 PHYSIK DER FLAMMENSTABILISIERUNG 199
7.2 STABILISIERUNG SELBSTZUENDENDER FLAMMEN 210
7.3 FLAMMENINSTABILITAET IN DER NAEHE DER ZUEND- UND
LOESCHGRENZEN 212
7.4 LOESCHABSTAND 213
LITERATUR 215
8. ZUENDPROZESSE 217
8.1 PHYSIKALISCHE GRUNDPHAENOMENE DER ZUENDUNG 218
8.1.1 ZUENDGRENZEN, ZUENDTEMPERATUR 218
8.1.2 MINDESTZUENDENERGIE 225
8.2 MODELLVORSTELLUNGEN VON ZUENDPROZESSEN 226
8.2.1 VEREINFACHTE THERMISCHE THEORIE DER ZUENDUNG VON SEMENOV . 227
8.2.2 THERMISCHE THEORIE DER ZUENDUNG VON FRANK-KAMENETSKII 229
8.2.3 ZUENDVERHALTEN DES H
2
/O
2
-SYSTEMS 231
8.3 SELBSTZUENDVORGAENGE VON KOHLENWASSERSTOFF-LUFTGEMISCHEN 235
8.3.1 MESSMETHODE DER SELBSTZUENDUNG 236
8.3.2 METHAN/LUFTGEMISCHE 238
8.3.3 GEMISCHE GASFOERMIGER HOEHERER KOHLENWASSERSTOFFE 240
8.3.4 GEMISCHE FLUESSIGER HOEHERER KOHLENWASSERSTOFFE 248
8.4 ZUENDUNG VON FESTEN BRENNSTOFFEN 253
8.4.1 PHAENOMENOLOGISCHE BETRACHTUNG DER FESTSTOFFZUENDUNG 254
8.4.2 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 257
8.4.3 MODELLIERUNG DES ZUENDPROZESSES VON KOHLEPARTIKEL 259
8.4.4 SELBSTZUENDEFFEKTE BEI FESTEN BRENNSTOFFEN 262
8.5 DETONATIONEN 266
LITERATUR 268
9. LAMINARE VORMISCHFLAMMEN 277
9.1 FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 278
9.2 MESSVERFAHREN DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 280
9.2.1 ROHRREAKTOR 282
9.2.2 RUEHRKESSEL 285
9.3 MESSWERTE DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 286
9.4 THEORETISCHE BESCHREIBUNG DER LAMINAREN
FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 293
9.4.1 VEREINFACHTE THERMISCHE THEORIE DER FLAMMENAUSBREITUNG 294
INHALTSVERZEICHNIS
9.4.2 NUMERISCHE MODELLIERUNG DER FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 303
9.5 LAMINARE FLAMMENSTRUKTUREN 307
LITERATUR 310
10. LAMINARE NICHT-VORGEMISCHTE FLAMMEN .313
10.1 ERSCHEINUNGSFORMEN NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN 313
10.2 ABSCHAETZUNG DER FLAMMENLAENGE 315
10.3 MODELLIERUNG NICHT-VORGEMISCHTER GEGENSTROMFLAMMEN 317
10.4 MISCHUNGSBRUCHBESCHREIBUNG NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN
MIT SCHNELLER CHEMIE 321
LITERATUR 328
11
. TURBULENTE REAKTIVE STROEMUNGEN 329
11.1 GRUNDERSCHEINUNGEN TURBULENTER NICHTREAKTIVER UND
REAKTIVER STROEMUNGEN 329
11.2 TURBULENTE SKALEN 332
11.3 ERSCHEINUNGSFORMEN TURBULENTER FLAMMEN 335
11.3.1 DIE TURBULENTE FLAMMENGESCHWINDIGKEIT 335
11.3.2 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG TURBULENTER
FLAMMENGESCHWINDIGKEITEN 339
11.4 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG TURBULENTER REAKTIVER
STROEMUNGEN 343
11.4.1 DIE ERHALTUNGSGLEICHUNGEN, DIE NAVIER-STOKES'SCHEN
GLEICHUNGEN 343
11.4.2 DIREKTE NUMERISCHE SIMULATION (DNS) 346
11.4.3 YYLARGE-EDDY"-SIMULATION (LES) 349
11.4.4 ZEITLICHE- BZW. FAVRE-MITTELUNGSVERFAHREN 351
11.4.5 GEMITTELTE ERHALTUNGSGLEICHUNGEN
(RANS, TRANS, URANS) 354
11.4.6 TURBULENZMODELLE 356
11.4.7 PROBLEMATIK DER MITTELUNG VON REAKTIONSGESCHWINDIGKEITEN
IN TURBULENTEN STROEMUNGEN 361
11.4.8 (U)RANS MIT STATISTISCHER BESCHREIBUNG (PDF) DER
TURBULENZ-CHEMIE-INTERAKTION ZUR SCHLIESSUNG
DES QUEILTERMS 364
LITERATUR .370
12. SCHLIESSUNGSMODELLE TURBULENTER
NICHT-VORGEMISCHTER FLAMMEN 373
12.1 DAS EDDY-DISSIPATIONS-MODELL (EDM) 376
12.2 DAS LINEARISIERTE FINITE-RATE-CHEMISTRY-MODELL (FRCM) 377
INHALTSVERZEICHNIS XI
12.3 ANGENOMMENE WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEMODELLE
(PRESUMED-PDF) 379
12.3.1 DAS MISCHUNGSBRUCHMODELL MIT PRESUMED-PDF 380
12.3.2 DAS FLAMELET-MODELL 385
12.3.3 DAS FLAMELET-MODELL MIT PRESUMED-PDF 388
12.4 DAS PDF-TRANSPORTGLEICHUNGSMODELL 390
12.4.1 EINLEITUNG 390
12.4.2 STATISTISCHE BESCHREIBUNG DES THERMOCHEMISCHEN ZUSTANDES . 392
12.4.3 HERLEITUNG DER PDF-TRANSPORTGLEICHUNG 394
12.4.4 MISCHUNGSMODELLIERUNG 396
12.4.5 MONTE-CARLO-LOESUNGSVERFAHREN 399
12.4.6 KOPPLUNG MIT CFD-PROGRAMMEN 401
12.5 DAS CONDITIONAL MOMENT CLOSURE MODELL 403
12.6 DAS FLAME SURFACE DENSITY MODELL 404
12.7 MODELLVERGLEICH MIT EXPERIMENTELLEN DATEN 405
12.7.1 BESCHREIBUNG DER SANDIA-FLAMME 405
12.7.2 ERGEBNISSE 407
12.8 UEBERBLICK UEBER DIE VORGESTELLTEN MODELLE 409
LITERATUR 411
13. SCHLIESSUNGSMODELLE TURBULENTER
VORMISCHFLAMMEN 415
13.1 CHARAKTERISIERUNG TURBULENTER VORGEMISCHTER FLAMMEN 416
13.2 MODELLE TURBULENTER VORMISCHFLAMMEN 420
13.2.1 DEFINITION DER REAKTIONSFORTSCHRITTSVARIABLEN 421
13.2.2 AUF DER SKALAREN DISSIPATIONSRATE BASIERENDE MODELLE 422
13.2.3 AUF DER FLAMMENTOPOLOGIE BASIERENDE MODELLE 423
13.2.4 STATISTISCHE MODELLE MIT WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEFUNKTIONEN.427
LITERATUR 429
14. MODELLIERUNG DER VERBRENNUNG
FLUESSIGER BRENNSTOFFE 433
14.1 PHAENOMENOLOGIE DER VERBRENNUNG FLUESSIGER BRENNSTOFFE 434
14.2 ZERSTAEUBUNG 435
14.2.1 ZERSTAEUBER 436
14.2.2 PRIMAERZERFALL 438
14.2.3 SEKUNDAERZERFALL 444
14.2.4 EINFLUESSE AUF DIE ZERSTAEUBUNG 448
14.2.5 BESCHREIBUNG EINES SPRAYS 453
14.3 MODELLIERUNG DES TROPFENZERFALLS 455
XII INHALTSVERZEICHNIS
14.3.1 EMPIRISCHE MODELLIERUNG 456
14.3.2 MECHANISCHE MODELLIERUNG 460
14.4 VERDAMPFUNG 463
14.4.1 QUASI-EINDIMENSIONALE ABSCHAETZUNG DER TROPFENVERDAMFUNG .464
14.4.2 DETAILLIERTERE BERECHNUNG DES ABDAMPFENDEN MASSENSTROMS .468
14.4.3 BERECHNUNG DER TROPFENTEMPERATUR 473
14.5 MODELLE ZUR NUMERISCHEN BESCHREIBUNG VON
MEHRPHASENSTROEMUNGEN 481
14.5.1 LOKAL HOMOGENE MODELLE (LHF-MODELLE, LOCALLY
HOMOGENEOUS FLOW) 481
14.5.2 MODELLE UNTER BEACHTUNG DER DISPERSION (SF-MODELLE,
SEPARATED FLOW) 484
14.6 TURBULENTE DISPERSION 496
14.6.1 DETERMINISTISCHE VERFAHREN 496
14.6.2 STOCHASTISCHE VERFAHREN 497
14.6.3 PARTICLE CLOUD TRACKING MODELLE 504
14.7 SPRAYVERBRENNUNG 509
14.7.1 VERBRENNUNG VON EINZELTROEPFCHEN 509
14.7.2 VERBRENNUNG EINES SPRAYS 511
LITERATUR 512
15. DIE VERBRENNUNG FESTER BRENNSTOFFE 519
15.1 EINLEITUNG 520
15.2 KOHLEFEUERUNGEN 521
15.3 PHAENOMENOLOGIE DES KOHLEVERBRENNUNGSPROZESSES 527
15.4 BERECHNUNGSMETHODIK DER KOHLEVERBRENNUNG 532
15.4.1 STROEMUNGSFELD 534
15.4.2 WAERMEUEBERTRAGUNG 538
15.4.3 DIE HETEROGENE KOHLEVERBRENNUNGSMODELLIERUNG 545
15.4.4 DIE BERUECKSICHTIGUNG DER HOMOGENEN GAPHASEN-REAKTION 563
15.4.5 BERECHNUNGSBEISPIELE VON KOHLEFEUERUNGEN 564
LITERATUR 570
16. STATIONAERE, EINDIMENSIONALE STROEMUNGEN
MIT WAERMEZUFUHR 577
16.1 WAERMEZUFUHR IM KANAL MIT VERAENDERLICHEM QUERSCHNITT 577
16.2 WAERMEZUFUHR IM KANAL KONSTANTEN QUERSCHNITTS 580
16.2.1 BERECHNUNG DES STATISCHEN DRUCKVERHAELTNISSES 580
16.2.2 BERECHNUNG DES TOTALDRUCKVERHAELTNISSES 582
16.2.3 KRITISCHE WAERMEZUFUHR 586
LITERATUR 589
INHALTSVERZEICHNIS XIII
17. EMISSIONEN DER VERBRENNUNG VON
KOHLENWASSERSTOFFEN 591
17.1 PRIMAERENERGIE UND LUFTSCHADSTOFFE 591
17.2 EMISSION DER STICKOXIDE
(NOX)
596
17.2.1 BILDUNGSMECHANISMEN DER STICKOXIDE 597
17.2.2 BILDUNGSMECHANISMEN DES THERMISCHEN
NO
(ZELDOVICH-./VO) .601
17.2.3 BILDUNGSMECHANISMEN DES PROMPTEN
NO
(FENIMORE-/VO) 605
17.2.4 UEBER DISTICKSTOFFOXID
(N
2
O,
LACHGAS) ERZEUGTES
NO
606
17.2.5 UEBER DAS AW//-RADIKAL GEBILDETES
NO
607
17.2.6 BILDUNGSMECHANISMEN DER KONVERSION VON BRENNSTOFF
GEBUNDENEM STICKSTOFF IN NO 608
17.2.7 NOX-BILDUNG BEI ABGASRUECKFUEHRUNG 610
17.2.8 GRUNDLEGENDE ZUSAMMENSTELLUNG DER PRIMAERMASSNAHMEN
ZUR NOX-REDUKTION 613
17.3 KOHLENMONOXID
(CO)
615
17.4 UNVERBRANNTE KOHLENWASSERSTOFFE ALS SCHADSTOFFEMISSIONEN.616
17.5 BILDUNG VON POLYZYKLISCHEN AROMATISCHEN KOHLENWASSER
STOFFEN
(PAK, PAH)
ALS RUSSVORGAENGER 618
17.6 RUSS 619
LITERATUR 628
18. GASTURBINENBRENNKAMMERN 633
18.1 KONVENTIONELLE BRENNKAMMERN VON GASTURBINEN 633
18.1.1 FUNKTIONSWEISE 634
18.1.2 BRENNKAMMERBAUFORMEN 637
18.1.3 BRENNSTOFFEINDUESUNG 639
18.1.4 DER BRENNKAMMERDRUCKVERLUST 642
18.1.5 DIE TEMPERATURVERTEILUNG AM BRENNKAMMERAUSTRITT 643
18.1.6 BETRIEBSVERHALTEN EINER KONVENTIONELLEN
FLUGGASTURBINENBRENNKAMMER 645
18.2 GASTURBINENBRENNKAMMERTECHNOLOGIE ZUR REDUKTION
DER EMISSIONEN 648
18.2.1 TECHNOLOGIE SCHADSTOFFREDUZIERTER BRENNKAMMER (LEC) 649
18.2.2 MAGERVERBRENNUNG GASFOERMIGER BRENNSTOFFE (DLE) 650
18.2.3 MAGERVERBRENNUNG FLUESSIGER BRENNSTOFFE 655
18.2.4 FETT-MAGERVERBRENNUNG
(RQL,
RICH BURN - QUICK QUENCH -
LEAN BURN) 668
18.2.5 LEAN DIRECT INJECTION SYSTEME
(LDI)
672
18.2.6 NACHVERBRENNUNG 675
18.2.7 ALTERNATIVE BRENNSTOFFE 677
18.2.8 ABSENKUNG DER FLAMMENTEMPERATUR 681
XIV INHALTSVERZEICHNIS
18.3 KATALYTISCHE VERBRENNUNG 682
LITERATUR 686
19. PRIMAERE REDUKTION DER STICKOXID
EMISSION BEI FEUERUNGSANLAGEN 689
19.1 ./VOJT-REDUZIERTE KOHLEFEUERUNG 689
19.2 MODELLIERUNG DER
NOX-BMUNG
693
19.3 STICKOXIDBILDUNG BEI GESTUFTER VERBRENNUNG 697
19.4 EMISSIONEN AUSGEFUEHRTER FEUERUNGSANLAGEN 703
19.4.1 KOHLEFEUERUNGEN VON KRAFTWERKEN 703
19.4.2 OELGEFEUERTE ANLAGEN 704
19.4.3 GASGEFEUERTE ANLAGEN 705
LITERATUR 706
20. SEKUNDAERE MASSNAHMEN DER
ABGASREINIGUNG 711
20.1 ENTSCHWEFELUNG BEI FEUERUNGSANLAGEN 712
20.1.1 TROCKENADDITIV-VERFAHREN 712
20.1.2 WASCHVERFAHREN 712
20.2 ENTSTICKUNG BEI STATIONAEREN UND MOBILEN ANLAGEN 714
20.2.1 SELEKTIVE NICHTKATALYTISCHE REDUKTION
(SNCR)
715
20.2.2 KATALYTISCHE VERFAHREN BEI STATIONAEREN ANLAGEN 715
20.2.3 DER DREI-WEGE-KATALYSATOR MIT MOBILEN ANLAGEN 716
20.3 PARTIKELRUECKHALTUNG BEI STATIONAEREN ANLAGEN 718
20.4 RUSSENTFERNUNG BEI MOBILEN ANLAGEN, ABGASREINIGUNG
DES DIESELMOTORS 722
LITERATUR 723
21
. CO
2
-SEQUESTIERUNG 725
21.1 CO
2
-ABSCHEIDUNGSTECHNIKEN 726
21.1.1 ABGASREINIGUNG 727
21.1.2 CO
2
-ARME KRAFTWERKSKONZEPTE 727
21.1.3 AUSWIRKUNGEN UND VERBRENNUNGSPROZESS 731
21.2 CO
2
-VERWERTUNG 732
21.3 CO
2
-DEPONIERUNG 732
21.4 MOEGLICHE UMWELTWIRKUNGEN DER ABSCHEIDUNGSTECHNOLOGIEN .733
LITERATUR 735
INHALTSVERZEICHNIS XV
22
. THERMOAKUSTIK VON BRENNKAMMERN 737
22.1 EINLEITUNG 738
22.2 ANREGUNGSMECHANISMEN DER BRENNKAMMERPULSATIONEN 738
22.2.1 PHAENOMEN DER FREMDERREGTEN BRENNKAMMERSCHWINGUNGEN 739
22.2.2 DAS PHAENOMEN DER SELBSTERREGTEN BRENNKAMMER
SCHWINGUNGEN 740
22.3 ABHILFEMASSNAEHMEN 746
22.3.1 MODIFIKATION AM BRENNER, AM BRENNRAUM ODER AN DER
BRENNSTOFF- BZW. LUFTZUFUEHRUNG 747
22.3.2 PASSIVE DAEMPFUNGSMASSNAHMEN 749
22.3.3 AKTIVE STABILISIERUNGSMASSNAHMEN 751
22.4 ANALYSEMETHODEN DER THERMOAKUSTIK 754
22.4.1 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGSMETHODEN 754
22.4.2 AKUSTISCHE STABILITAETSANALYSEN DER BRENNKAMMER 755
22.4.3 VERZUGSZEITMODELLE 757
22.4.4 STABILITAETSANALYSEN MIT FLAMMENUEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN 758
22.4.5 INSTATIONAERE CFD-BERECHNUNG 763
LITERATUR 766
23. WAERMEUEBERTRAGUNG IN BRENNRAEUMEN 775
23.1 WAERMEUEBERTRAGUNGSPROZESSE VOM HEISSGAS AUF DIE WAND 777
23.1.1 WAERMEAUSTAUSCH DURCH STRAHLUNG 777
23.2 WAERMELEITUNG INNERHALB DER WAND 787
23.3 WAERMEABGABE DER WAND 790
23.3.1 STRAHLUNGSAUSTAUSCH MIT DER UMGEBUNG 790
23.3.2 KONVEKTION AUF DER KALTEN WANDSEITE 790
23.4 WAERMEDURCHGANG DURCH DIE WAND 798
23.5 WAENDE MIT VERGROESSERTER OBERFLAECHE 799
23.6 FILMKUEHLUNG DER HEISSGASSEITE 801
LITERATUR 808
24. MOTORISCHE VERBRENNUNG 811
24.1 THERMODYNAMISCHE MODELLIERUNG DES BRENNVERLAUFS 811
24.2 BESCHREIBUNG DER DIESELMOTORISCHEN VERBRENNUNG 817
24.2.1 EINLEITUNG 817
24.2.2 STRAHLMODELLIERUNG 818
24.2.3 WANDWAERMEUEBERGANG 820
24.2.4 SELBSTZUENDUNG 821
24.2.5 VERBRENNUNGSMODELL 821
24.2.6 SCHADSTOFFBILDUNG 821
24.2.7 BEISPIELE DIESELMOTORISCHER VERBRENNUNGSSIMULATION 822
XVI INHALTSVERZEICHNIS
24.3 BESCHREIBUNG DER OTTOMOTORISCHEN VERBRENNUNG 827
24.3.1 EINLEITUNG 827
24.3.2 VERBRENNUNGSMODELLE 827
24.3.3 BEISPIELE OTTOMOTORISCHER VERBRENNUNGSSIMULATION 832
24.4 PRIMAERE MASSNAHMEN ZUR EMISSIONSREDUKTION VON
VERBRENNUNGSMOTOREN 833
24.4.1 ABSENKUNG DER SPITZENTEMPERATUREN 833
24.4.2 ABGASREZIRKULATION (EGR) 834
24.5 ZUSAMMENFASSUNG 837
LITERATUR 838
25. STANDARDMESSVERFAHREN DER
LUFTSCHADSTOFFE 841
25.1 UEBERBLICK 842
25.2 CHEMILUMINESZENZANALYSATOR FUER
NOX
844
25.3 NICHTDISPERSIVER INFRAROTANALYSATOR
(NDIR)
FUER ALLE GASE 845
25.4 FLAMMEN-IONISATIONS-DETEKTOR
(FID)
FUER
HC
847
25.5 PARAMAGNETISCHER ANALYSATOR
(PMA)
FUER
O
2
847
25.6 03-NACHWEIS DURCH
UV-
ABSORPTION 848
25.7 S0
2
-NACHWEIS DURCH T/V-FLUORESZENZ 848
25.8 DIE FOTOMETRIE 849
25.9 KOLORIMETRIE 851
25.10 KONDUKTOMETRIE 851
25.11 CHROMATOGRAPHISCHE VERFAHREN 852
25.12 OLFAKTOMETRIE 853
25.13 RAUCHMESSUNG 853
25.14 NACHWEIS VON SCHWEBSTOFFEN (FEINSTAUB,
PM
10
, PM
2,5
)
IN DER LUFT 857
25.14.1 PARTIKELTRENNUNG DURCH EINEN KASKADENIMPAKTOR 858
25.14.2 MESSUNG DER STAUBNIEDERSCHLAEGE AUS DER ATMOSPHAERE 859
25.14.3 MESSUNG DER STAUBKONZENTRATION DER LUFT 859
25.14.4 STAUBMESSUNG DURCH ABSORPTION VON SS-STRAHLUNG 861
25.15 LUFTKONTROLLSTATION 862
25.16 STANDARD VERFAHREN ZUR MESSUNG DER EMISSIONEN VON
GASTURBINEN UND KRAFTFAHRZEUGEN 863
25.17 UMRECHNUNGEN UND KONZENTRATIONEN 863
25.17.1 FEUCHTIGKEITSKORREKTUR 864
25.17.2 DER EMISSIONSINDEX EI 864
25.17.3 DER VERBRENNUNGSWIRKUNGSGRAD 866
LITERATUR 866
INHALTSVERZEICHNIS XVII
26. GESETZE UND VERORDNUNGEN ZUR
LUFTREINHALTUNG 867
26.1 INTERNATIONALE VEREINBARUNGEN 867
26.1.1 DIE YYGENFER UNECE-KONVENTION UEBER WEITRAEUMIGE,
GRENZUEBERSCHREITENDE LUFTVERUNREINIGUNGEN" VON 1979 868
26.1.2 DAS PROTOKOLL ZUR BEGRUENDUNG DES EUROPAEISCHEN MESS
UND BEWERTUNGSPROGRAMMS FUER LUFTSCHADSTOFFE" VON 1984 869
26.1.3 DAS YYHELSINKI-PROTOKOLL" VON 1985 870
26.1.4 DAS YYSOFIA-PROTOKOLL" VON 1988 870
26.1.5 DAS YYGENFER-PROTOKOLL" VON 1991 871
26.1.6 DAS YYOSLO-PROTOKOLL" VON 1994 871
26.1.7 DAS YYKYOTO-PROTOKOLL" VON 1997 871
26.1.8 DAS YYAARHUS-PROTOKOLL" VON 1998 873
26.1.9 DAS YYGOETEBORG-PROTOKOLL" VON 1999 873
26.1.10 INTERNATIONALE ABGASGRENZWERTE FUER DEN LUFTVERKEHR 875
26.1.11 ANDERE INTERNATIONALE REGELUNGEN 876
26.2 EU-RECHT 877
26.2.1 DIE YYLUFTQUALITAETS-RAHMENRICHTLINIE" VON 1996 878
26.2.2 DIE YY1
. TOCHTERRICHTLINIE FUER
SO
2
, NO
2
, PM
L0
UND BLEI"
VON 1999 878
26.2.3 DIE YYVOC-RICHTLINIE" VON 1999 878
26.2.4 DIE YY3. TOCHTERRICHTLINIE UEBER DEN OZONGEHALT DER LUFT"
VON 2002 879
26.2.5 DIE YYGROSSFEUERUNGSANLAGEN-RICHTLINIE" VON 2001 879
26.2.6 DIE YYRICHTLINIE UEBER NATIONALE EMISSIONSHOECHSTGRENZEN FUER
BESTIMMTE LUFTSCHADSTOFFE" VON 2002 879
26.2.7 ABGASGRENZWERTE FUER DEN VERKEHR 880
26.3 NATIONALE GESETZGEBUNG 882
26.3.1 ALLGEMEINES 882
26.3.2 DAS YYGESETZ ZUM SCHUTZ VOR SCHAEDLICHEN UMWELTEIN
WIRKUNGEN DURCH LUFTVERUNREINIGUNGEN, GERAEUSCHE,
ERSCHUETTERUNGEN UND AEHNLICHE VORGAENGE" IN DER
FASSUNG VOM 11. SEPTEMBER 2002 884
26.3.3 ZUSAMMENSTELLUNG DER VERORDNUNGEN DES BIMSCHG 885
26.3.4 KLEINFEUERUNGSANLAGEN (1
. BIMSCHV) 889
26.3.5 GROSSFEUERUNGSANLAGEN(13. BIMSCHV) 890
26.3.6 SONSTIGE FEUERUNGSANLAGEN (TA-LUFT) 891
26.3.7 ABFALLVERBRENNUNGSANLAGEN (17. BIMSCHV) 894
26.3.8 UMWELTVETRAEGLICHKEITSPRUEFUNGSGESETZ (UVPG) 896
LITERATUR 896
XVIII INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG 897
LITERATUR 900
SACHVERZEICHNIS 901
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