Flammenforschung

Flammenforschung ist das wissenschaftliche Fachgebiet, das Verbrennungsflammen als physikalisch-chemische Phänomene untersucht. Zentrale Fragen betreffen Reaktionskinetik, Wärmeübertragung, Stofftransport und Strömungsdynamik von Flammen sowie deren Entstehung, Ausbreitung und Stabilität. Ziel ist es, Verbrennungsprozesse zu verstehen, Emissionen zu reduzieren und Energie- sowie Sicherheitsaspekte von Systemen zu verbessern.

Historisch begann die Flammenforschung mit spektralen Untersuchungen von Flammen im 19. Jahrhundert, etwa durch Bunsen und Kirchhoff. Im 20. Jahrhundert führten Modelle von Flammenfronten und detaillierte Reaktionskinetiken zu einem tieferen Verständnis. Bedeutende Beiträge stammen von Ya. B. Zel’dovich, Frank-Kamenetskii und weiteren Forschern, die chemische Prozesse in Flammen erklärten.

Zur Experimentation kommen Schlieren- und Lichtschnitttechniken, Spektroskopie, Laserdiagnostik (LIF, PLIF, TDLAS) und Planarteilchenvisualisierung zum Einsatz. Numerisch werden DNS, LES und RANS genutzt, um Reaktionsketten und Turbulenz abzubilden. Wichtige Größen sind laminare Brenngeschwindigkeit, Flammenfrontformen, Konzentrationen von Brennstoffen und Oxidanzien, sowie NOx- und Rußbildung.

Anwendungsfelder sind Verbrennungsmotoren, Gasturbinen, industrielle Brenner und Feuerforschung. Umwelt- und Sicherheitsaspekte betreffen Emissionen, unvollständige Verbrennung, Rückzündung und Brandrisiken. Die Forschung strebt emissionsärmere, effizientere Systeme an, beispielsweise mit erneuerbaren Kraftstoffen, Hybrid- oder Low-Temperature-Combustion.

Zukunftsthemen umfassen detaillierte chemische Mechanismen, Hochleistungsrechnen, KI-gestützte Optimierung und neue Kraftstoffe wie Wasserstoff oder synthetische Brennstoffe. Flammenforschung bleibt interdisziplinär und verbindet Grundlagenphysik, Chemie und Ingenieurwesen, um sicherere, sauberere und effizientere Verbrennungssysteme zu ermöglichen.

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