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REDIM-reduzierte Beschreibung oszillierender bzw. verlöschender Wasserstoff-Luft-Flammen

REDIM-reduzierte Beschreibung oszillierender bzw. verlöschender Wasserstoff-Luft-Flammen
Typ:Bachelor- o. Masterarbeit
Datum:nach Absprache
Betreuer:

Christina Straßacker

Links:Text als PDF

Inhalt

BA-REDIM
Verlöschen einer Methan-Flamme an einer kalten Wand. Aufgetragen sind die spezifische Molzahl der OH-Radikale über der Ortskoordinate r für verschiedene Zeitpunkte

Die detaillierte Berechnung komplexer Verbrennungsprozesse nimmt auch heute trotz moderner Computer noch sehr viel Rechenzeit in Anspruch. Die Gründe für diesen hohen Rechenaufwand sind zum einen die hohe Anzahl an Spezies, die über Elementarreaktionen an der Verbrennung teilnehmen und für die jeweils eigene partielle Differentialgleichungen gelöst werden müssen, und zum anderen die Zeitskalen, in denen die kinetischen Prozesse ablaufen und die im Bereich von  Nanosekunden bis zu Sekunden liegen. Dies führt zu einer hohen Steifigkeit des Differentialgleichungssystems, die eine sehr feine Diskretisierung in Raum und Zeit erzwingt.

Um den nötigen Rechenaufwand zu minimieren, werden sogenannte Reduktionsmethoden, wie beispielsweise die am ITT entwickelte Reaktions-Diffusions-Mannigfaltigkeit (REDIM), genutzt. Dieses Verfahren berücksichtigt sowohl chemische Reaktionen als auch Transportprozesse und beruht auf der Idee, dass die Zustände einer Flamme in einem Unterraum (der niedrigdimensionalen Mannigfaltigkeit) des gesamten Zustandsraumes liegen. Dies hat zur Folge, dass bei der Berechnung von Verbrennungsprozessen mit Hilfe einer REDIM anstelle der hohen Anzahl von Erhaltungsgleichungen nur eine geringe Anzahl von Erhaltungsgleichungen gelöst werden muss und so Rechenzeit eingespart werden kann.

Im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit soll das REDIM-Verfahren für oszillierende bzw. verlöschende Wasserstoff-Luft-Flammen angewendet werden. Dabei wird zuerst eine REDIM erstellt, mit welcher anschließend der Verbrennungsprozess reduziert berechnet werden soll. Um zu prüfen, ob das reduzierte Modell die Verbrennungsprozesse hinreichend genau wiedergibt, sollen die daraus resultierenden Ergebnisse validiert werden, indem sie mit Ergebnissen aus detaillierten Rechnungen verglichen werden.