Diffusionsverbrennung

Diffusionsverbrennung bezeichnet eine Verbrennungsform, bei der Brennstoff und Oxidationsmittel separat zugeführt werden und die Reaktion überwiegend dort stattfindet, wo Brennstoff- und Oxidationsgas durch Diffusion miteinander in Kontakt geraten. Im Gegensatz zu premischten Verbrennungssystemen liegt kein homogen vorgemischtes Brennstoff-Luft-Gemisch vor; die Mischung entsteht primär durch molekulare Diffusion und Turbulenz.

Die Flammenstruktur einer Diffusionsverbrennung ist durch eine Grenzzone gekennzeichnet, in der sich Brennstoff- und Oxidationsgas begegnen und die Reaktion erfolgt. Diffusionsflammen können laminar oder turbulent auftreten; bei Kohlenwasserstoffen führt oft Rußbildung zu einer gelblichen Leuchterscheinung. Die Temperaturverteilung ist abhängig von lokalen Mischungsverhältnissen und Transportprozessen; die Reaktion ist dort am intensivsten, wo die Mischung stöchiometrisch wird, was zu charakteristischen Temperaturgradienten führt.

Typische Beispiele sind Bunsenbrenner, Kerzenflammen und offene Industrieöfen. Diffusionsverbrennungen sind in vielen Anwendungen robust gegenüber Schwankungen in der Zufuhr, liefern aber meist längere Flammen und weisen oft stärkere Emissionen von Ruß sowie NOx auf, insbesondere bei hohen Temperaturen oder unvollständiger Oxidation.

Modellierung und Theorie: Diffusionsverbrennungen werden häufig mit Mischungsverhältniszahlen (Mixture Fraction) beschrieben. In der Theorie bildet das Burke-Schumann-Modell eine klassische Lösung für stationäre, rein diffusionsbedingte Flammen im Gegenfluss. Praxisnah erfolgt die Simulation oft über CFD-Methoden (RANS/LES), um Strömung, Temperatur und Konzentrationen abzubilden.

Bedeutung: Diffusionsverbrennungen sind grundlegend für viele Alltagsbrennstoffe und industrielle Prozesse. Sie bieten einfache, stabile Flammenlagen, sind aber emissionsrelevante Systeme, die durch Design und Nachbehandlung optimiert werden müssen.