Flammenstabilität

Flammenstabilität bezeichnet die Fähigkeit einer Flamme, sich unter gegebenen Strömungs- und chemischen Bedingungen am Ort der Entzündung zu halten und nicht zu verlöschen (Blow-off) oder aus dem Strömungsfeld weggebracht zu werden (Flashback). Sie ist eine zentrale Größe in der Verbrennungstechnik und beeinflusst Leistungsfähigkeit, Effizienz und Sicherheit von Brennern, Düsen und Turbinen.

Die Stabilität hängt von der Mischung, dem Druck, der Temperatur, dem Strömungsverhalten und der Reaktionskinetik ab. Wichtige Einflussfaktoren sind das Mischungsverhältnis (lean oder rich), der Dehnungs- bzw. Dehnungsrate der Flammenfront, die Turbulenzintensität sowie Diffusions- und Wärmeleitfähigkeiten der beteiligten Gase.

Bei gemischten Flammen können hydrodynamische Effekte und thermo-diffusive Phänomene zu Instabilitäten führen. Typische Mechanismen sind Darrieus-Landau-Instabilität der Flammenfront bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten und Lewis-Zahl-Abhängigkeiten, die zu unregelmäßiger Front oder Flammenzellen führen können. Bei nicht gemischten Flammen dominieren Dehnung, Turbulenz und lokale Mischungsungleichheiten die Stabilität.

Zur Beschreibung werden Kennzahlen wie die kritische Dehnungsrate, die Marksteinlänge und der Lewis-Zahl herangezogen. Oft wird auch eine Stabilitätsgrenze durch Extinktion oder Extinktionstransportparameter genannt.

Praktische Anwendungen zielen darauf ab, Flammenablösung (Blow-off) oder Rückfeuern (Flashback) zu verhindern. Dazu werden Brennergeometrie, Betriebsdruck, Kraftstoffzufuhr, Mehrfachzündung oder Turbulenzmanagement eingesetzt. Die Flammenstabilität ist damit ein zentrales Qualitätskriterium in Verbrennungssystemen.