Theoretische und experimentelle Untersuchung der physiko-chemischen Reaktionsprozesse unter Berücksichtigung der Vibrationsrelaxation in Gemischen aus CO2-O2-N2 im Stoßwellenrohr

Die vorlie~ende Arbeit besch~ftigt sich mit der theore tischen und experiment ellen Untersuchung der Dissozia tion und Ionisation gasformiger Kohlendioxid-Sauerstoff Stickstoff-Gemische hinter StoBwellen. Kohlendioxid, Sauerstoff und Stickstoff sind Hauptbestandteile or~ani scher Verbrennungsprodukte, so daB die Kenntnis des Real gasvernaltens bei hohen Temperaturen, wie sie bei vielen technischen Prozessen auftreten, von groBer Bedeutung ist. Der mit der Vibrationsanregung, der Dissoziation und der Ionisation verbundene Energieverbrauch bewirkt eine Her absetzung der Arbeitstemperatur. Zum Beispiel liegen die tats~chlichen Verbrennun~stemperaturen in Kolbenkraftma schinen infolge Dissoziation der Verbrennungsprodukte 0 urn bis zu 300 C unter denen fUr kalorisch ideale Gase er rechneten Werten [33]. FUr die theoretische Behandlung der Dissoziation und Ioni sation ist die Kenntnis der thermodynamischen Funktionen erforderlich. Da vor allem fUr die ionisierten Gaskomponen ten widersprUchliche spektroskopische Daten vorliegen, wer den im erst en Teil dieser Arbeit aus den Zustandssummen die thermodynamischen Funktionen in einer in~enieurgerechten Polynomform hergeleitet. Urn die Nichtgleichgewichtszone hinter StoBwellen theoretisch zu erfassen, mussen die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten von Dissoziations-, Ionisations- sowie Austauschreaktionen der Gleichungen (1. -1 ) + [ AB] + + [A] + + (1.-2) + [CD] + (1.-3) + --- bekannt sein. FUr die Bestimmung der nissoziations- und Ioni sationsreaktionsgeschwindigkeitskonstanten wird eine an die - - vorliegende Arbeit angepa Pds. te Form der Theorie von Hansen [1] benutzt. Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten der Austauschreaktionen werden aus den Betrachtun~en des akti vierten Komplexes ermittelt. Diese theoretischen Er~ebnis se werden mit den in dieser Arbeit durch~efahrten Sto Pds. rohr messungen verglichen.

Klappentext

theoretischen Er~ebnis­ se werden mit den in dieser Arbeit durch~efahrten Sto£rohr­ messungen verglichen.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Berechnung der Dissoziationsrelaxation von Kohlendioxid an Hand eines vereinfachten Modells.- 2.1 Einführung.- 2.2 Die Dissoziationsrelaxation für das vereinfachte Modell.- 2.3 Auswertung.- 3. Berechnung der thermodynamischen Funktionen der Komponenten und der Massenwirkungskonstanten in hocherhitztem Kohlendioxid-, Sauerstoff- und Stickstoff- Gasgemisch.- 3.1 Einführung.- 3.2 Berechnung der Zustandssummen.- 3.3 Darstellung der thermodynamischen Funktionen in Polynomform.- 3.4 Die Massenwirkungskonstante.- 3.5 Ergebnisse.- 3.6 Ergebniskurven.- 4. Theoretische Untersuchung der Relaxationszone in Kohlendioxid-Sauerstoff-Gasgemischen für ein erweitertes Reaktionsmodell.- 4.1 Einführung.- 4.2 Freiheitsgrade.- 4.3 Reaktionsmodell.- 4.4 Theorie der Dissoziations- und Ionisations-reaktionsgeschwindigkeiten.- 4.5 Austauschreaktionsgeschwindigkeitskonstanten.- 4.6 Anregung der Vibration.- 4.7 Zeitliche Änderung der Zustandsgrößen und der Strömungsgeschwindigkeit.- 4.8 Ergebnisse.- 5. Theoretische Untersuchung der Gleichgewichtszone in Kohlendioxid-Sauerstoff-Stickstoff-Gasgemischen.- 5.1 Kohlendioxid-Sauerstoff-Gasgemische.- 5.2 Kohlendioxid-Stickstoff-Gasgemische.- 6. Experimentelle Untersuchung der Dissoziation- und Ionisationsvorgänge im Kohlendioxidgas.- 6.1 Einführung.- 6.2 Versuchseinrichtung zur Messung in CO2 - O2 - N2 Gasgemischen.- 6.3 Meßeinrichtung zur Ermittlung von Relaxationsprofilen.- 6.4 Meßergebnisse.- 7. Zusammenfassung.- 8. Literaturverzeichnis.