Zündende Ideen für die turbulente Verbrennung

Zweierlei ist zu bedenken, seit der Mensch das Feuer nutzt: dass der Brennstoff ausreicht und keine Vergiftung auftritt. Mit Holzsammeln und einem guten Rauchabzug sind moderne technische Verbrennungsprozesse nicht mehr beherrschbar, doch Sparsamkeit im Verbrauch und Schadstoffvermeidung gelten mehr denn je als wichtige Richtlinien. Seit Oktober 2002 ist dies die Thematik des neuen Bayerischen Forschungsverbunds für Turbulente Verbrennung (FORTVER), an dem die Thermodynamik-Lehrstühle der Universitäten Erlangen-Nürnberg und Bayreuth sowie der TU München beteiligt sind. Das Bayerische Staatministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst hat zunächst für drei Jahre rund 1,9 Millionen Euro für die Grundlagenforschungen zu komplexen Verbrennungsprozessen und deren Anwendung bereitgestellt.

Turbulente Verbrennung hält, was ihr Name verspricht. In den Brennkammern geht es höchst dynamisch zu. Gase und Flüssigkeiten wirbeln durcheinander, Dichte und Mischungsverhältnisse ändern sich unaufhörlich, Reaktionen laufen in Blitzesschnelle ab. Selbst Großrechner können solche Vorgänge noch nicht zufriedenstellend nachvollziehen. Die Berechnungen wären jedoch notwendig, um die Verbrennung gezielter zu steuern. Moderne Gasturbinen, Industriefeuerungsanlagen oder Automotoren könnten dann optimal verbrauchs- und schadstoffarm betrieben werden.

Hier setzt der Forschungsverbund FORTVER mit sieben Arbeitspaketen an. Zum einen sollen neue optische und lasergestützte Messmethoden erarbeitet und eingesetzt werden, auf deren Ergebnisse exaktere Flammenmodelle im Computer aufbauen können. Zum anderen sollen neuartige Berechnungsansätze, die zur numerischen Strömungssimulation entwickelt wurden, auf die um ein Vielfaches komplexeren Vorgänge der Gemischbildung und Verbrennung übertragen werden. Die Fachleute sprechen von der instationären „Large-Eddy-Simulation“, die eine bessere Raum-Zeit-Auflösung erlaubt, so dass die turbulenten Prozesse übersichtlicher werden. Es ist geplant, dass der Verbund dazu den Bundeshöchstleistungsrechner des Leibniz-Rechenzentrums in München nutzen kann. Ohne eine solch hohe Rechenkapazität wäre die Simulation nicht durchführbar.

Am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der Universität Erlangen-Nürnberg sind Prof. Dr.-Ing. Alfred Leipertz und Priv.-Doz. Dr. Friedrich Dinkelacker mit zwei Arbeitspaketen an FORTVER beteiligt. Von der Organisation im Verbund wird erwartet, dass der Funke aus der Grundlagenforschung unverzüglich in die industrielle Anwendung überspringt. Die Förderung des Verbunds ist eine gezielte Investition sowohl zugunsten des Forschungs- und Technologiestandorts Bayern als auch zugunsten der Ressourcenschonung und einer langfristig lebenswerten Umwelt.

Weitere Informationen
Prof. Dr. Alfred Leipertz
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik
Tel.: 09131/85 -29900
sek@ltt.uni-erlangen.de