Transcritical Mixing: Gemischbildung von n-Hexan und Stickstoff unter verbrennungsrelevanten Bedingungen 

DFG-Projekt 530178493

Das DFG-Projekt „Transcritical mixing“ ist als Folgeprojekt basierend auf einer Vorarbeit aus Stuttgart zur weiteren Untersuchung und Beschreibung der Gemischbildung unter verbrennungsrelevanten Bedingungen in Kooperation mit dem ITLR der TU Stuttgart ins Leben gerufen worden.

Mischungsprozesse nahe des kritischen Mischungspunktes eines binären Gemischs sind physikalisch schwer zu beschreiben und basieren in der Regel auf vereinfachten Annahmen oder werden durch Modelle beschrieben, die unter einfacheren Bedingungen erstellt wurden, z.B. gasförmig & einphasig. Da jedoch eine Vielzahl an Prozessen diese nah-kritischen Betriebsbedingung aufweisen, z.B. Dieselmotoren, Triebwerke oder Nanopartikelherstellung von Pharmazeutika, ist es von wissenschaftlicher Relevanz, eben jene Prozesse besser beschreiben zu können, um einen ressourcenschonenden Einsatz der Ausgangssubstanzen zu gewährleisten. Im Rahmen des Projektes sollen daher neue Messergebnisse gewonnen werden, um den wissenschaftlichen Fundus zu erweitern.

Hierfür leistet das Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Umwelt- und Naturstoffverfahrenstechnik der TU Bergakademie Freiberg in Form der Ermittlung thermodynamischer Stoffdaten einen wichtigen Beitrag. 

Unsere universitären Partner aus Stuttgart ermitteln mit ihrem photooptischen LITA-Messverfahren die Schallgeschwindigkeit eines heiß injizierten Kraftstoffgemisches (630 K & 5.5 MPa) in eine kalte Stickstoffatmospähre (293 K & 5 MPa), wodurch sich ein Dampfgemisch ausbildet. Dabei bewegt sich dieses Dampfgemisch als sogenannter „underexpanded jet“ langsamer als die Schallgeschwindigkeit durch die Hochdruckkammer, wobei sich die örtliche Schallgeschwindigkeit des Gemischs ändert. Genau hier setzt unsere Arbeit an, denn die Schallgeschwindigkeit ist direkt abhängig von der örtlichen Zusammensetzung und Temperatur. Diese beiden Größen können mit unserem selbst entwickelten in-situ Raman spektroskopischen Setup als Snapshot des Jets ermittelt werden. 

Das ITUN arbeitet zudem an der Erfassung des Übergangsbereichs von einphasiger, über transkritischer hin zu zweiphasiger Injektionsströmung durch Absenkung der Injektionstemperatur. Die einzelnen Phasen werden spektral unterschieden und durch die sphärische Tröpfchenbildung mittels stimulierten Raman Spektroskopie (SRS) ein Sauterdurchmesser ermittelt. Erste vielversprechende Versuche wurden bereits abgeschlossen.