Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6685
Messung von Temperatur- und Konzentrationsprofilen mittels Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF)
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit beschreibt Experimente zur Untersuchung von Verbrennungsvorgängen mittels Laserinduzierter Fluoreszenz. Dieses Verfahren eignet sich zur Messung von Konzentrations- sowie Temperaturverteilungen in Flammen. Es handelt sich um ein berührungsfreies Meßverfahren, so daß die Verbrennung nur unwesentlich gestört wird.
Im ersten Teil der Arbeit werden OH-, CH-, sowie NO-Konzentrationsverteilungen in verschiedenen stationären, laminaren, flachen Vormischflammen vorgestellt. Die Messungen werden an Propan-Luft-Flammen bei drei verschiedenen Stöchiometrien durchgeführt und mit vergleichbaren Flammen aus Propan-Sauerstoff-Kohlendioxid-Gemischen verglichen. Diese Daten von chemisch instabilen Spezies erweitern einen am Institut erstellten Datensatz von Reaktionszwischenprodukten eines Unterdruckbrenners.
Um die räumliche Auflösung zu erhöhen, erfolgt der Verbrennungsprozeß im Unterdruck bei 30mbar, wodurch die Reaktionszone stark gestreckt wird. Die Flamme kann in guter Näherung als eindimensional angesehen werden, da der Durchmesser des Brenners deutlich größer als die vertikale Ausdehnung der Flamme ist.
Der zweite Teil der Arbeit behandelt die Bildung von Flammenmustern laminarer Flachflammen am Beispiel einer Methan-Luft-Flamme. Es handelt sich dabei um regelmäßige zellulare Muster, die sich auf der Brenneroberfläche bilden. Die Bildung dieser Muster ist auf eine thermisch-diffusive Instabilität zurückzuführen. Die Visualisierung dieser Strukturen erfolgt durch OH-LIF in horizontalen und vertikalen Schnitten durch das Muster. Zusätzlich werden zweidimensionale Temperaturverteilungen dieser Flammen vorgestellt. Es werden Stabilitätsgrenzen für Methan-Luft-Flammen an einem Flachflammenbrenner bei Atmosphärendruck angegeben. Die Zellgröße hängt von den jeweiligen Gasgeschwindigkeiten ab. Die Ausprägung der Zellbildung korreliert mit der Luftzahl.
Measurement of temperature and concentration pro.les in premixed .ames by laser-induced fluorescence
Abstract
This report presents experimental results for temperature and concentration pro.les across laminar premixed .ames. The data were obtained by using non-intrusive laser-induced fluorescence.
In a first part, concentration profiles of OH, CH, and NO are shown for a variety of stationary, laminar and premixed plane .ames of propane-air for di.erent stoichiometries. The results can be compared with those for similar flames of propane-oxygen carbondioxidemixtures. In order to increase the spatial resolution of the measurements the thin flame front was highly stretched by decreasing the pressure to 30mbar. The new results extend the existing database of intermediates in low-pressure flames.
The second part focusses on the nonlinear interactions within laminar premixed flames, which lead in the present application to a thermal-diffusive instability. As an example the methane-air .ame at atmospheric pressure is considered. The stability limits are shown at which a bifurcation occurs that changes the plane .ame front into regular, cellular patterns. The spatial structures are visualized by horizontal and vertical light sheets using laserinduced fluorescence. The evaluation of experimental results allows a determination of twodimensional temperature distributions. It is found that the size of the cells is correlated with the gas velocity, while their amplitude is related to the stoichiometry.