Entwicklung von Reaktionsmechanismen für Systeme bei der Polygeneration

Polygeneration bezeichnet die flexible Umwandlung zwischen thermischen, chemischen und mechanischen Energieformen. Bei Verbrennungsprozessen ist die Implementierung der Polygeneration eine interessante Alternative zur Erzeugung von Wärme und Arbeit sowie wertvoller Chemikalien aus der Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Die Model-lierung extrem brennstoffreicher Bedingungen, die für Polygenerationsprozesse relevant sind, erfordert Reaktionsmechanismen, die speziell für die Beschreibung der Reaktions-kinetik solcher Gemische entwickelt wurden. In Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer detaillierter Elementarreaktionsmechanismus zur Prognose und Beschreibung der Kinetik von Methan/Additive-Gasgemischen bei derartig unkonventionellen Reaktionsbedingun-gen entwickelt. Der hier entwickelte Polygenerationsmechanismus (PolyMech) wurde anhand von Daten aus unterschiedlichen experimentellen Versuchsaufbauten validiert. Hierbei wurden Simulationsergebnisse der Zündverzugszeiten und der Speziesverläufe mit experimentellen Daten in einem breiten Bereich von Druck, Temperatur und Äquiva-lenzverhältnis verglichen. Ergebnisse haben gezeigt, dass der Mechanismus die Experi-mente zuverlässig beschreiben kann. ... mehrParallel zur Weiterentwicklung und Validierung des PolyMech erfolgte die Entwicklung einer effizienten numerischen Methode zur automa-tischen Vereinfachung von hochdimensionalen Reaktionsmechanismen. Das in dieser Ar-beit verwendete Reduktionsmodell basiert auf charakteristischen Zeitskalen- und Entro-pieproduktionsanalysen. Dadurch werden Informationen aus komplex reagierenden Sys-temen automatisch erhalten, die eine Zerlegung der Dynamik des Systems in niedrigdi-mensionale Systeme ermöglichen. Das Reduktionsmodell kann durch die Erzeugung von Skelettmechanismen oder die direkte Integration des resultierenden Differentialglei-chungssystems verwendet werden. Die Anwendbarkeit des in dieser Arbeit implemen-tierten Reduktionsmodells bei hochdimensionalen Reaktionsmechanismen wurde über-prüft, indem Simulationsergebnisse des reduzierten Modells mit Vorhersagen des detail-lierten Mechanismus verglichen wurden. Hierbei zeigen die Ergebnisse aus beiden Mo-dellen eine gute Übereinstimmung. Eine Reduktion um ca. 60% der Anzahl unabhängi-ger, für die Modellierung zu lösender Variablen des detaillierten Mechanismus, wird hier-bei ermöglicht.