Einfluss sauerstoffhaltiger funktioneller Gruppen auf die Oxidation von aromatischen Strukturen

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Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.09.2020 bis 31.08.2023
Organisationseinheit:
Grundlagen der Verbrennung
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Status:
Laufend

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Ein Schlüsselfaktor für das globale Ziel, die Schadstoffemissionen zu reduzieren und die Brennstoffleistung zu verbessern, ist das Verständnis der detaillierten Verbrennungschemie von Brennstoffen. Nur mit diesem Verständnis kann ein optimiertes Brennstoff- und Brennkammerdesign erreicht werden. Aromatische Strukturen sind wichtige Komponenten in fossilen Kraftstoffen und werden wahrscheinlich auch für zukünftige Biokraftstoffe von großer Bedeutung sein. Trotz der Tatsache, dass Aromaten bereits in heutigen fossilen Kraftstoffen vorhanden sind und als Octanebooster eingesetzt werden, fehlt ein detailliertes Verständnis des Verbrennungsprozesses wichtiger sauerstoffhaltiger Zwischenprodukte.

Das Projekt zielt darauf ab, neue experimentelle Daten für aromatische Strukturen zu liefern. Ausgehend von Benzol als Basisstruktur sollen die Auswirkungen von funktionellen Gruppen als Substituentengruppen am aromatischen Ring systematisch untersucht werden. Die Experimente werden in einem Stoßrohr und einer Rapid Compression Machine durchgeführt. Beide Maschinen sind für hohe Drücke ausgelegt, die den Einsatz von unverdünntem Kraftstoff in Luftgemischen bei anwendungsrelevanten Bedingungen tolerieren. Die Kombination beider Maschinen ermöglicht die Untersuchung von Zündverzögerungszeiten im Bereich von einigen Mikrosekunden bis zu mehr als 100 Millisekunden, was letztlich zu einem großen Temperaturbereich führt, der abgedeckt werden kann. Der zweite wichtige Aspekt ist die genaue Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften der zu untersuchenden Spezies. Jüngste Veröffentlichungen haben die hohe Relevanz dieser Daten für die genaue Beschreibung von Verbrennungsprozessen gezeigt, was die Verwendung von quantenmechanischen Berechnungen auf hohem Niveau zur Bestimmung dieser Parameter in diesem Projekt motiviert. Zusammen mit den Ergebnissen aus den experimentellen Untersuchungen werden diese quantenmechanischen Berechnungen für die Entwicklung detaillierter chemisch-kinetischer Modelle verwendet. Die Modellentwicklung wird in hierarchischer Weise durchgeführt, wobei die neuesten Ergebnisse für die aromatische Grundstruktur einbezogen werden. Der Einfluss von sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen wird aus aktuellen Studien zu nicht-aromatischen Biokraftstoffen abgeleitet. Schließlich können die resultierenden chemisch-kinetischen Modelle für eine eingehende Analyse des Verbrennungsprozesses verwendet werden, um wichtige Reaktionswege und Schritte der Schadstoffbildung zu identifizieren. Darüber hinaus können die resultierenden chemisch-kinetischen Modelle in Zukunft für gekoppelte CFD- (Computational Fluid Dynamics) und chemisch-kinetische Simulationen verwendet werden, was ein wichtiges Design-Tool für Verbrennungssysteme ist.