Laminarer Gegenstrombrenner

Typ: Strömungsapparatur

Beschreibung:
Der Laminare Gegenstrombrenner (engl. laminar opposed jet, LOJ) besteht aus zwei identischen Brennereinheiten, welche gegenüberliegend angeordnet sind (siehe Abbildung). Zwischen den beiden Düsen, im Gegenstromfeld, bildet sich im Betrieb eine Flachflamme aus. 

An dieser Konfiguration können verschiedene Flammenkonfigurationen untersucht werden. Hierzu zählen vorgemischte, nicht-vorgemischte (Diffusions-) und partiell-vorgemischte Flammen. Die Diffusionsflamme ist beispielsweise dadurch charakterisiert, dass auf einer Seite Brennstoff und auf der anderen Seite Oxidator zugeführt wird. Um eine vorgemischte Flamme abzubilden, wird auf den Ansatz der Twinflame (sogenannte Zwillingsflamme) zurückgegriffen. Hierbei werden Brennstoff und Oxidator beidseitig vorgemischt und es ergeben sich zwei vorgemischte Flammenstrukturen (siehe Abbildung einer Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff Zwillingsflamme). Um die Hauptdüsen herum befinden sich jeweils der Mantelstrom (Co-Flow), welcher typischerweise mit einem inerten Gas betrieben wird, um zu vermeiden, dass Umgebungsluft in die Reaktionszone eintritt.

Gegenstromflammen eignen sich insbesondere zur detaillierten Untersuchung der chemischen Vorgänge in der Reaktionszone, da die Flammen mit numerischen Berechnungen entlang der Brennerachse (1D) verglichen werden können.

Charakteristiken:

  • Strömungshomogenisierende Einbauten um ein nahezu ideales Blockprofil der Geschwindigkeit zu erhalten: kontrahierende Düsengeometrien sowie im Inneren der Brenner integrierte Edelstahlsiebe
  • Wabenstruktur zur Verminderung eines tangentialen Dralles durch Asymmetrien in der Einströmung
  • Variable Austrittgeschwindigkeiten an den Düsen, womit der Einfluss der aerodynamischen Streckung auf die Flamme bis hin zur Verlöschung untersucht werden kann

Wissenschaftliche Arbeiten (Auswahl):

  • K. Koschnick, D. Hutcheson, Montage und Inbetriebnahme eines laminaren Gegenstrombrenners (2017)
  • D. Hernandez, Anpassungskonstruktion und Erprobung eines laminaren Gegenstrombrenners zur Untersuchung von Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff Flammen (2021)
  • J. Trabold, D. Butz, S. Schneider, K. Dieter, R. Barlow, A. Dreizler, D. Geyer, Fast Shutter Line-Imaging System for Dual-Dispersion Raman Spectroscopy in Ethanol and OME Flames (2021)

Verantwortliche Person: Martin Richter