Ludwig, Thomas: Numerische Untersuchung des Einflusses von reaktiven Kohlenstoffpartikeln

Ludwig, Thomas Werner: Numerische Untersuchung des Einflusses von reaktiven Kohlenstoffpartikeln auf Zünd- und Flammenausbreitungsvorgänge in Gas/Partikel-Gemischen

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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Modell für reaktive Gas/Partikel-Strömungen 4

2.1 Grundgleichungen 7

2.2 Zustands- und Transportgleichungen 9

2.2.1 Kalorische Zustandsgleichung 9

2.2.2 Thermische Zustandsgleichung 10

2.2.3 Zähigkeitseinflüsse 10

2.2.4 Massendiffusion 10

2.2.5 Energiediffusion 12

2.2.6 Chemische Quellterme 12

2.2.7 Austauschterme 15

2.2.8 Wärmestrahlung 19

2.3 Eindimensionale, instationäre Bilanzgleichungen 24

3 Numerische Behandlung des Modells 27

3.1 Ortsdiskretisierung 28

3.1.1 Gasphase: Harten/Yee-Flußformulierung 30

3.1.2 Partikelphase: Harten/Lax/van Leer-Flußformulierung 30

3.2 Dynamische Gitteranpassung 32

3.3 Zeitliche Lösung 35

4 Einfluß von reaktionsfähigen Kohlenstoffpartikeln auf die Ausbreitung von Verbrennungswellen 38

4.1 Modellproblem und Randbedingungen 38

4.2 Reaktionsmodelle 39

4.3 Zündvorgänge und Flammenausbreitung 44

4.4 Einfluß von Partikelgröße und -konzentration 50

4.5 Einfluß des Partikelvolumenanteils 56

4.6 Einfluß der Partikelreaktivität 59

4.7 Einfluß der Wärmestrahlung 63

5 Zusammenfassung und Ausblick 70

Anhang 73

A Mathematischer Charakter des Modellgleichungssystems 73

B Wärmestrahlungsmodell 78

B.1 Grundbegriffe 78

B.2 Strahlungskennwerte von Gas und Partikeln 80

B.3 Emittierte Strahlung 84

B.4 Absorbierte Strahlung 86

C Zellwandflüsse nach Harten und Yee 99

D Berechnungsformeln für die Roe-Mittelwerte 102

E Zeitintegrationsverfahren DASSL 105

Formelzeichen 107

Literaturverzeichnis 114

1	Einleitung	1
2	Modell für reaktive Gas/Partikel-Strömungen	4
2.1	Grundgleichungen	7
2.2	Zustands- und Transportgleichungen	9
2.2.1	Kalorische Zustandsgleichung	9
2.2.2	Thermische Zustandsgleichung	10
2.2.3	Zähigkeitseinflüsse	10
2.2.4	Massendiffusion	10
2.2.5	Energiediffusion	12
2.2.6	Chemische Quellterme	12
2.2.7	Austauschterme	15
2.2.8	Wärmestrahlung	19
2.3	Eindimensionale, instationäre Bilanzgleichungen	24
3	Numerische Behandlung des Modells	27
3.1	Ortsdiskretisierung	28
3.1.1	Gasphase: Harten/Yee-Flußformulierung	30
3.1.2	Partikelphase: Harten/Lax/van Leer-Flußformulierung	30
3.2	Dynamische Gitteranpassung	32
3.3	Zeitliche Lösung	35
4	Einfluß von reaktionsfähigen Kohlenstoffpartikeln auf die Ausbreitung von Verbrennungswellen	38
4.1	Modellproblem und Randbedingungen	38
4.2	Reaktionsmodelle	39
4.3	Zündvorgänge und Flammenausbreitung	44
4.4	Einfluß von Partikelgröße und -konzentration	50
4.5	Einfluß des Partikelvolumenanteils	56
4.6	Einfluß der Partikelreaktivität	59
4.7	Einfluß der Wärmestrahlung	63
5	Zusammenfassung und Ausblick	70
	Anhang	73
A	Mathematischer Charakter des Modellgleichungssystems	73
B	Wärmestrahlungsmodell	78
B.1	Grundbegriffe	78
B.2	Strahlungskennwerte von Gas und Partikeln	80
B.3	Emittierte Strahlung	84
B.4	Absorbierte Strahlung	86
C	Zellwandflüsse nach Harten und Yee	99
D	Berechnungsformeln für die Roe-Mittelwerte	102
E	Zeitintegrationsverfahren DASSL	105
	Formelzeichen	107
	Literaturverzeichnis	114