In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten dünner Flüssigkeitsfilme an gekrümmten Substratoberflächen durch experimentelle Beschichtungsversuche und durch numerische Filmsimulationen untersucht. Besonderes Interesse galt dabei dem Finden optimaler Einflussgrößenkombinationen zur Reduzierung des Fettkanten-Effekts. In der hierfür durchgeführten Parameterstudie wurden der Kantenrundungsradius des Substrats, die Applikationsschichtdicke der Beschichtung sowie Viskosität und Oberflächenspannung des Fluids variiert. Mittels bestimmten Parameterkonfigurationen konnten prägnante oder kaum auffällige Fettkanten erzeugt werden, insbesondere im Experiment, und im Weiteren auch Aussagen über die Signifikanz der untersuchten Einflussgrößen getroffen werden. Abschließend wurde eine geeignete dimensionslose Kenngröße generiert, um den Fettkanten-Effekt parameterübergreifend beschreiben zu können.
Aktualisiert: 2023-06-22
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In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten dünner Flüssigkeitsfilme an gekrümmten Substratoberflächen durch experimentelle Beschichtungsversuche und durch numerische Filmsimulationen untersucht. Besonderes Interesse galt dabei dem Finden optimaler Einflussgrößenkombinationen zur Reduzierung des Fettkanten-Effekts. In der hierfür durchgeführten Parameterstudie wurden der Kantenrundungsradius des Substrats, die Applikationsschichtdicke der Beschichtung sowie Viskosität und Oberflächenspannung des Fluids variiert. Mittels bestimmten Parameterkonfigurationen konnten prägnante oder kaum auffällige Fettkanten erzeugt werden, insbesondere im Experiment, und im Weiteren auch Aussagen über die Signifikanz der untersuchten Einflussgrößen getroffen werden. Abschließend wurde eine geeignete dimensionslose Kenngröße generiert, um den Fettkanten-Effekt parameterübergreifend beschreiben zu können.
Aktualisiert: 2023-06-22
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In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten dünner Flüssigkeitsfilme an gekrümmten Substratoberflächen durch experimentelle Beschichtungsversuche und durch numerische Filmsimulationen untersucht. Besonderes Interesse galt dabei dem Finden optimaler Einflussgrößenkombinationen zur Reduzierung des Fettkanten-Effekts. In der hierfür durchgeführten Parameterstudie wurden der Kantenrundungsradius des Substrats, die Applikationsschichtdicke der Beschichtung sowie Viskosität und Oberflächenspannung des Fluids variiert. Mittels bestimmten Parameterkonfigurationen konnten prägnante oder kaum auffällige Fettkanten erzeugt werden, insbesondere im Experiment, und im Weiteren auch Aussagen über die Signifikanz der untersuchten Einflussgrößen getroffen werden. Abschließend wurde eine geeignete dimensionslose Kenngröße generiert, um den Fettkanten-Effekt parameterübergreifend beschreiben zu können.
Aktualisiert: 2023-06-22
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In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten dünner Flüssigkeitsfilme an gekrümmten Substratoberflächen durch experimentelle Beschichtungsversuche und durch numerische Filmsimulationen untersucht. Besonderes Interesse galt dabei dem Finden optimaler Einflussgrößenkombinationen zur Reduzierung des Fettkanten-Effekts. In der hierfür durchgeführten Parameterstudie wurden der Kantenrundungsradius des Substrats, die Applikationsschichtdicke der Beschichtung sowie Viskosität und Oberflächenspannung des Fluids variiert. Mittels bestimmten Parameterkonfigurationen konnten prägnante oder kaum auffällige Fettkanten erzeugt werden, insbesondere im Experiment, und im Weiteren auch Aussagen über die Signifikanz der untersuchten Einflussgrößen getroffen werden. Abschließend wurde eine geeignete dimensionslose Kenngröße generiert, um den Fettkanten-Effekt parameterübergreifend beschreiben zu können.
Aktualisiert: 2023-06-15
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Wasser ist ein Medium, das in vielen technischen Prozessen eingesetzt wird oder als Reaktionsprodukt entsteht. Oftmals setzt die Optimierung solcher Prozesse die Kenntnis über Wasserfilmdicken voraus. In dieser Arbeit wurden zwei Methoden entwickelt, die durch laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) und Nahinfrarot-Absorption (NIRA) eine bildgebende Quantifizierung von Wasserfilmdicken ermöglichen. Die Messtechnikentwicklung erfolgte vor dem Hintergrund der Wassereinspritzung im Ottomotor, die eine technische Lösung zur Wirkungsgradsteigerung und Emissionsreduzierung eines Motors sein kann.
Da Wasser selbst nicht fluoreszieren kann, muss dem Wasser ein Stoff zugemischt werden, der nach Anregung mit einem Laser fluoresziert. Dieser Stoff wird Tracer genannt. Zunächst wurden im Zuge der LIF-Messtechnikentwicklung potenzielle Tracer hinsichtlich ihrer photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Diese Datenbasis zur Photophysik der Tracer kann für künftige Anwendungen, in denen Wasser durch LIF visualisiert werden soll, zur Auswahl eines geeigneten Tracers dienen. Zur Untersuchung des Verdampfungsverhaltens der Wasser-Tracer-Gemische wurden simultane LIF- und NIRA-Messungen durchgeführt.
Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit LIF an einem optisch zugänglichen Otto-Einzylindermotor zur Quantifizierung der Wasserwandfilmdicke und -temperatur auf der Kolbenoberfläche eingesetzt.
Aktualisiert: 2023-03-08
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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Reaktionen der Ester Methylformiat (MeFo) und Dimethylcarbonat (DMC) inklusive deuterierter Isotopologe mit Hydroxylradikalen (OH-Radikalen) reaktionskinetisch untersucht. MeFo und DMC werden gegenwärtig als potentielle regenerative Kraftstoffe diskutiert. Die Reaktion der untersuchten Spezies mit den OH-Radikalen zählt zu den wichtigsten Reaktionen dieser Spezies in der Atmosphären- und Verbrennungschemie. Es wurden Experimente mit gepulster Laserphotolyse in Kombination mit laserinduzierter Fluoreszenz unter Bedingungen durchgeführt, welche bei Verbrennungsprozessen und in der Atmosphäre von Relevanz sind. Es wurden die bimolekularen Geschwindigkeitskonstanten und die Arrhenius-Ausdrücke bestimmt und mit Werten aus der Literatur verglichen. Zudem wird der Reaktionsmechanismus unter Einbeziehung quantenchemischer Rechnungen diskutiert. Des Weiteren wurde Formaldehyd als Reaktionsprodukt der Reaktion von Ethylen mit OH-Radikalen laserspektroskopisch untersucht und ein Referenzsystem zur Ausbeutebestimmung von Formaldehyd auf seine Anwendbarkeit getestet. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit können somit einen Beitrag zum Verständnis der chemisch-kinetischen Prozesse bei den untersuchten Reaktionen leisten.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die Arbeit behandelt die Weiterentwicklung der tracerbasierten laserinduzierten Fluoreszenz zur quantitativen Untersuchung von Gemischbildungsvorgängen in Verbrennungsprozessen. Der Fokus der Arbeit liegt auf der grundlegenden Untersuchung der Fluoreszenz von Tracern (Spurstoffen), über die die Gemischbildung von Kraftstoff und Umgebungsgas repräsentativ untersucht wird. Es werden zwei unterschiedliche Fluoreszenztracer verwendet: Triethylamin (TEA) und 1-Methylnaphthalin (1-MN). Für beide Tracer werden die temperaturabhängigen Absorptionsquerschnitte in einem breiten Spektralbereich ermittelt. Die Fluoreszenz sowohl von TEA als auch von 1-MN wird durch Sauerstoff in der Umgebung abgeschwächt, was zur direkten Untersuchung des Äquivalenzverhältnisses genutzt werden kann (FAR-LIF). Diese Abhängigkeit wird ausführlich unter Variation von Temperatur, Druck und Sauerstoffanteil untersucht. Für 1-MN wird zusätzlich die Möglichkeit zur Bestimmung der Temperatur untersucht. Die dazu verwendete Technik der Zwei-Farben-Detektion basiert auf der spektralen Verbreiterung und Rotverschiebung der Fluoreszenz mit zunehmender Temperatur. Dieses Verhalten wird erstmals in sauerstoffhaltiger Atmosphäre beschrieben. Abschließend wird die Zersetzung und Oxidation von 1-MN und dem verwendeten Basiskraftstoff Isooktan untersucht. Als exemplarische Anwendung wird die Messtechnik zur Untersuchung des Einflusses von Piloteinspritzungen auf das Temperatur- und Kraftstoffpartialdichtefeld in einem Dieselspray eingesetzt.
Zusätzlich wird in einem Einhubtriebwerk der Verlauf von Temperatur und Kraftstoffpartialdichte während der Kompression über Einzelschussaufnahmen abgebildet. Erstmalig erfolgt dies bei Aufnahmefrequenzen im Kilohertz-Bereich sowohl in Stickstoffatmosphäre als auch in Luft.
Aktualisiert: 2022-01-05
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Im Rahmen dieser Dissertation wurde das reaktionskinetische Verhalten möglicher Dieseladditive und derer Edukte mit Hydroxylradikalen(OH-Radikalen) unter atmosphärischen und verbrennungsrelevanten Bedingungen untersucht. Durch ihren Beitrag beim Abbau von Schadstoffen in der Atmosphäre und ihrem starken Konzentrationsanstieg bei der Zündung im Motor besitzen die Reaktionen der OH Radikale mit möglichen Kraftstoffen einen hohen Stellenwert bei der Bewertung neuer synthetischer Kraftstoffe. Hierfür wurden experimentelle Untersuchungen der Reaktionen von DMM, OME-2, OME-3, Trioxan und DME mit OH-Radikalen mittels laserinduzierter Fluoreszenz in einem breiten Druck und Temperaturbereich durchgeführt. Anhand der Untersuchungen konnten für die einzelnen bimolekularen Reaktionen sowohl temperaturunabhängige Geschwindigkeistkonstanten als auch temperaturabhängige Arrhenius-Ausdrücke formuliert werden. Eine signifikante Druckabhängigkeit konnte bei keinem der untersuchten Systeme beobachtet werden. Diese Arbeit soll einen Beitrag zum Verständnis über den zugrundeliegenden Mechanismus und dem Reaktionsverhalten innerhalb der homologen Reihe der Polyoxymethylendimethylether liefern.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Mit der Abgasgesetzgebung Euro 6 wurde erstmalig ein Grenzwert für die Anzahl der emittierten Partikel für Ottomotoren mit Direkteinspritzung eingeführt. Entscheidend für die Entwicklung wirkungsvoller Maßnahmen zur Einhaltung dieses Grenzwertes, insbesondere unter realen Fahrbedingungen, ist ein verbessertes Verständnis der Partikelbildung und der zugrunde liegenden Wirkzusammenhänge im Brennraum. Endoskopische Untersuchungen konnten bereits zeigen, dass die Partikelbildung mit lokal fetten Bereichen im Brennraum korreliert. Diese werden unter anderem durch Kraftstoff-Wandfilme, beispielsweise auf der Kolbenoberfläche, verursacht. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird eine Strategie zur Messung von innermotorischen Wandfilmen durch laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) auf der Kolbenoberfläche eines optisch zugänglichen Einzylindermotors entwickelt. Dabei wurden drei Schwerpunkte zur Weiterentwicklung von LIF zur Wandfilmdickenmessung bearbeitet: die Methodik zur Kalibrierung der Messtechnik, die Charakterisierung infrage kommender Tracer hinsichtlich ihrer photo-physikalischen Eigenschaften sowie die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Fluoreszenzsignals durch die simultane Messung der Filmtemperatur.
Aktualisiert: 2020-01-27
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In dieser Arbeit wurden bimolekulare Reaktionen und stoßinduzierte Relaxationsprozesse anhand verbrennungs- und atmosphärenchemisch relevanter Systeme mittels zeitaufgelöster Laserfluoreszenzspektroskopie in der Gasphase untersucht.
Das NCN-Radikal ist ein wichtiges Intermediat bei der prompten NO-Bildung während Verbrennungsprozessen. Experimente zur stoßinduzierten Relaxation des NCN wurden durchgeführt, um einen Mechanismus für die Bildung des Triplett-Zustandes des NCN aus der Photolyse von NCN_3zu entwickeln. Die Kinetik der Reaktion dieses ^3NCN mit NO_2wurde als verbrennungstechnisch relevante bimolekulare Reaktion über einen großen Druck- und Temperaturbereich untersucht.
In der Atmosphärenchemie spielen OH-Radikale beim Abbau von Luftschadstoffen eine entscheidende Rolle. Dazu wurde die Reaktion von CH_2I mit O_2zum schwingungsangeregten Criegee-Intermediat (CH_2OO) untersucht und die OH-Ausbeute des CH_2OO-Zerfalls bestimmt.
Die Arbeit soll einen Beitrag zum grundlegenden mechanistischen Verständnis der genannten Reaktionen liefern und die experimentellen Ergebnisse mit einfachen kinetischen Modellen untermauern.
Aktualisiert: 2022-12-21
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Die vorliegende Arbeit beinhaltet Weiterentwicklungen tracerbasierter laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) Techniken zur Untersuchung der Gemischbildung in Verbrennungsmotoren. Dabei steht vor allem die simultane Bestimmung von Temperatur und Äquivalenzverhältnis bzw. Konzentration im Vordergrund. Im Rahmen dieser Arbeit werden neuartige Konzepte zur Multi-Parameter-Untersuchung für Ottomotoren, Gasmotoren sowie Dieselmotoren aufgezeigt, um eine umfassende Charakterisierung der Gemischbildung mittels tracerbasierter LIF-Messtechniken für alle gängigen Motorentypen zu erreichen.
Je nach Motorenkonzept ist die Auswahl geeigneter Tracer im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums sowie die Sensitivität gegenüber der untersuchten Parameter erforderlich. Eine detaillierte Charakterisierung der eingesetzten Tracer, die Messtechnikentwicklung sowie der erste Einsatz der Messtechniken in einer Spraykammer bzw. einem optisch zugänglichen Verbrennungsmotor werden im Rahmen dieser Arbeit dargestellt. Dieses Vorgehen umfasst den gesamten Bereich von Grundlagenuntersuchungen bis hin zur technischen Anwendung.
Aktualisiert: 2019-12-12
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In der vorliegenden Arbeit wurde der thermische Zerfall des Cyclohexoxyradikals sowie die Reaktion von NCN mit NO über einen breiten Parameterbereich untersucht. Es wurden Experimente in quasi-statischen Reaktoren mit Laserphotolyse-/LIF-Technik durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit statistischer Reaktionstheorie analysiert. Besondere Bedeutung kam der adäquaten Beschreibung von gehinderten inneren Rotatoren zu, wofür Methoden programmiert, implementiert und getestet wurden.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Die Energiewandlung in Verbrennungsmotoren spielt eine bedeutende Rolle sowohl für den Warenfluss wie auch für den individuellen Transport. Unter dem Gesichtspunkt der Rohstoffverknappung und dem stetigen Bevölkerungswachstum ist ein detailliertes Verständnis der physikalischen Zusammenhänge notwendig, um diesen Wandlungsprozess mit optimalem Wirkungsgrad und somit effizienter Ressourcennutzung durchführen zu können. Ziel dieser Arbeit ist ein tieferes Verständnis der innermotorischen Prozesse sowie der Interaktion zwischen ausgewählten Teilaspekten zu erhalten. Hierzu erfolgen laserbasierte Messungen von systembeschreibenden Größen in einem optisch zugänglichen Verbrennungsmotor. Die vorliegende Arbeit beinhaltet detaillierte Angaben zum untersuchten Versuchsträger sowie ausgewählte Ergebnisse der durchgeführten Messungen. Hierbei liegt der Fokus auf der Charakterisierung des Motors, der zeitaufgelöste und dreidimensionale Vermessung der Brennraumströmung und einer quantitative Bestimmung der lokalen, dreidimensionalen Eigenausbreitung der Flamme im ottomotorischen Verbrennungsprozess. Alle präsentierten Ergebnisse verfolgen das globale Ziel, aus verschiedenen sequenziellen Experimenten bei reproduzierbaren Betriebsbedingungen ein möglichst umfassendes Bild des Wandlungsprozesses zu erhalten. Zusätzlich dienen diese als Basis für eine Datenbank zur Bewertung von Motorsimulationen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Der Ablauf von Verbrennungsprozessen wird erheblich durch die Reaktionskinetik kurzlebiger Intermediate bestimmt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich einerseits mit der Bildungskinetik von CN-Radikalen in Zündfunken, deren Lumineszenz für diagnostische Verfahren herangezogen wird und zum anderen mit den Reaktionen von OH-Radikalen mit den Rußvorläufern Diacetylen und Vinylacetylen. Zur Untersuchung der beiden Teilaspekte kommen spektroskopische Methoden zum Einsatz.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Die Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in turbulenten Strömungsumgebungen spielt in vielen technischen Verbrennungssystemen eine Schlüsselrolle. So wird die Zündung in Diesel- oder HCCI-Motoren durch diese komplexen Prozesse gezielt eingeleitet und dient so millionenfach der individuellen Fortbewegung. Allerdings besitzen Selbstzündungsvorgänge auch als ungewollte Phänomene z. B. als Klopfen in Ottomotoren eine hohe Relevanz. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die experimentelle Untersuchung der Selbstzündung von Kohlenwasserstoffen in turbulenten Strömungen mit dem Ziel diese raumzeitlich hochdynamischen Prozesse zu beschreiben und so ein tiefgreifendes Verständnis über sie zu erlangen.
Die Durchführung dieser Analysen erfolgt an einem weltweit einmaligen Selbstzündungsprüfstand, dessen Randbedienungen sowie Betriebsparameter in dieser Arbeit detailliert beschrieben sind. Die weiteren Untersuchungen an den auftretenden Flammen zeigen eine Analyse der globalen Flammenstruktur in Abhängigkeit einer breiten Parametervariation sowie umfassende Analysen über die Entstehung und die zeitliche Entwicklung von Selbstzündungskernen im umgebenden Strömungsfeld Mittels kombinativer zeitaufgelöster Laserdiagnostik. Die Ergebnisse aller Untersuchungen bilden in ihrer Gesamtheit ebenfalls die Grundlage einer Validierungsdatenbank für numerische Simulationen von Selbstzündungsprozessen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Viele in der Atmosphären- oder Verbrennungschemie wichtige Reaktionen sind komplexbildende bimolekulare Reaktionen. Die Kenntnis ihrer Geschwindigkeitskonstanten ist deshalb für das Verständnis und die Modellierung der komplexen Gesamtprozesse nötig. In dieser Arbeit wurden mit NCN + NO2 und OH + C3H6 Beispiele solcher Reaktionen über einen weiten Parameterbereich mittels Laserphotolyse/LIF experimentell untersucht und die experimentellen Ergebnisse mit statistischer Reaktionstheorie analysiert.
Aktualisiert: 2021-02-11
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