Numerische Simulationen in der Optimierung von Porenbrenneranwendungen

Die Verbrennung in porösen inerten Medien zeichnet sich durch einen intensiven Wärmeaustausch zwischen der reagierenden Gasphase und der offenporigen Feststoffmatrix aus. Dieser Wärmeaustausch spiegelt sich sowohl in einer Wärmerezirkulation, als auch einer Auskopplung von Strahlungswärme wider; durch die Ausgestaltung des technischen Verbrennungssystems können diese Effekte ausgenutzt werden. In dieser Arbeit werden mittels Modellierung und numerischer Simulation zwei diametral entgegengesetzte Modi der vorgemischten Verbrennung in Porenbrennern im Kontext realer technischer Anwendungen untersucht.
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Für eine Schwachgasverbrennung wurde die vorgemischte Verbrennung stark vorgewärmter Edukte in einem ausgedehnten, volumetrischen porösen Medium mit möglichst geringer Wärmeauskopplung aus der Verbrennungszone analysiert. Es wurde aufgezeigt, wie auf Basis der ermittelten Charakteristika ein kompaktes und flexibles Brennersystem gestaltet werden kann. Für einen Strahlungsporenbrenner wurde das komplexe Wechselspiel von Phänomenen bei der Verbrennung eines konventionellen Brennstoffs in einem dünnschichtigen porösen Medium unter starker Wärmeauskopplung durch Strahlung aus der Verbrennungszone untersucht. Aus den Ergebnissen wurden Adaptionen für die Gestaltung einer optimierten Geometrie des porösen Körpers abgeleitet.

Combustion in porous inert media is characterised by an intensive heat exchange between the reacting gas phase and the open-pore solid matrix. This heat exchange is reflected both in heat recirculation and in the extraction of radiant heat; these effects can be exploited by design of the technical combustion system. In this work, two diametrically opposed modes of premixed combustion in porous burners are investigated in the context of real technical applications by means of modelling and numerical simulation.
For a lean gas combustion, the premixed combustion of strongly preheated reactants in an extended, volumetric porous medium with the lowest possible heat extraction from the combustion zone was analysed. ... mehrIt was shown how a compact and flexible burner system can be designed on the basis of the characteristics determined. For a radiant pore burner, the complex interplay of phenomena during the combustion of a conventional fuel in a thin-layered porous medium under strong heat extraction by radiation from the combustion zone was investigated. Adaptations for the design of an optimised geometry of the porous body were derived from the results.