Experimentelle Unteruschung zur Strömungsakustik beschleunigt bewegter brennender Tropfen

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Beschreibung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Kinematik beschleunigt fallender, brennender Tropfen in Luft experimentell untersucht. Dabei kommt es zu einer Kombination zweier häufig unabhängig von einander betrachteter Gebiete, der Aerodynamik im Bereich von 0 < Re < 1500 und der Kinetik der Flamme inklusive Verbrennung und Verdunstung.Die Komplexität der Vorgänge ergibt sich aus einer nichtlinearen Wechselwirkung der beiden Bereiche miteinander, bei der sich die Gewichtung des jeweiligen Einflusses während der Fallbewegung stark ändert. Zu Beginn des Falls überwiegt der Einfluss der Flamme, nach dem Übergang zu einer „wake flame“ modifiziert die Flamme lediglich das, was sich am Tropfen aerodynamisch abspielt. Der Tropfennachlauf und damit auch die Flamme eines brennend fallenden Tropfens durchläuft eine Kaskade an Instabilitäten auf dem Weg von einer laminaren zu einer turbulenten Tropfenumströmung. Bei den Untersuchungen konnten vier unterschiedliche Typen der Flammenstruktur unterschieden und die zu ihrer Abgrenzung erforderlichen charakteristischen Ähnlichkeits­parameter bestimmt werden. Der Übergang von einer umhüllenden Flamme zu einer Nachlaufflamme findet entgegen bisheriger Veröffentlichungen nicht bei einer charakteris­tischen Reynoldszahl sondern, bei einer brennstoffspezifischen Froudezahl statt, was mit einem einzigen Versuch gezeigt werden konnte.Unter bestimmten Voraussetzungen tritt ein bislang in der Literatur nicht erwähntes Phänomen auf:die Abstrahlung von akustischer Energie.Neben den Voraussetzungen hierfür konnte auch der Ablauf und somit die Ursache des Vorgangs der Schallabstrahlung geklärt werden.