Gasdynamik der Verbrennung

Das Gebiet der Gasdynamik der Verbrennung hat in den letzten Jahrzehnten stark an Interesse gewonnen. Gleichzeitig haben sich sowohl die Thermodynamik der Verbrennungsvorgange als auch die Gasdynamik lebhaft entwickelt, so daB die Voraussetzungen fiir die Darstellung des Stoffes in einem eigenen Werk gegeben sind. Der Stoff ware auch zu ulPfangreich, als daB seine Unterbringung in einem allgemeinen Buch iiber Gasdynamik jetzt noch ausreichend maglich ware. Der Verfasser ist seit nahezu zwanzig Jahren auf dem einschlagigen Gebiet forschend tatig. Er hat zur Entwicklung des Gebietes durch eine Reihe eigener Arbeiten beigetragen und besitzt dariiber hinaus einen ausgezeichneten Einblick in die auslandische Literatur des Westens wie des Ostens. Das Werk richtet sich einerseits an den Praktiker, der sich iiber die ver schiedenen Arten und GesetzmaBigkeiten der Verbrennung, die nahezu immer mit gasdynamischen Vorgangen verkniipft ist, unterrichten machte. Andererseits werden aber auch der fortgeschrittene Student und der forschend tatige Ingenieur, Physiker, Chemiker und Mathematiker das Buch als Einfiihrung in die komplexe Materie und als Ausgangsbasis fiir eigene wissenschaftliche Arbeit beniitzen. Obwohl man gegenwartig bereits viel iiber Verbrennungsvorgange weiB, sind noch sehr viele Fragen unbeantwortet. Ich wiinsche dem Verfasser, meinem lang jahrigen friiheren Mitarbeiter, sowie dem Verlag, daB das Werk zur weiten Verbreitung der vorliegenden Erkenntnisse sowie zu neuen Fortschritten in der Beherrschung der Probleme beitragen mage.

Inhalt
I. Thermodynamische Grundlagen.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Allgemeine Begriffe und Definitionen; Zustandsgleichung idealer Gase.- 1.3 Zustandsgleichungen für reale Gase.- 1.4 Erster Hauptsatz der Wärmelehre.- 1.5 Spezifische Wärmen.- 1.6 Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärmen.- 1.7 Innere Energie und Enthalpie.- 1.8 Reaktionswärmen.- 1.9 Bildungswärmen und Standardenthalpien.- 1.10 Temperaturabhängigkeit der Reaktionswärmen.- 1.11 Der Heizwert von Brennstoffen.- 1.12 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre.- 1.13 Entropiefunktion.- 1.14 Thermodynamisches Gleichgewicht.- 1.15 Gemische einfacher Substanzen; Zweisubstanzenmodell.- 1.16 Innere Energie und Enthalpie im Zweisubstanzenmodell.- 1.17 Entropie im Zweisubstanzenmodell; freie Enthalpie.- 1.18 Massenwirkungsgesetz von Guldberg und Waage.- 1.19 Schallgeschwindigkeit in einem reagierenden Gasgemisch.- 1.20 Literatur.- II. Allgemeine Grundlagen der Verbrennung.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Einige Grundbegriffe aus der Reaktionskinetik und der Physik der Verbrennung.- 2.3 Kettenreaktionen.- 2.4 Temperatur- und Konzentrationsabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 2.5 Ordnung von Reaktionen.- 2.6 Druckabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit.- 2.7 Stationäre Flammenausbreitung in vorgemischten Gasen.- 2.8 Grundlagen der Theorie thermischer Flammenausbreitung.- 2.9 Ähnlichkeit zwischen Temperatur- und Konzentrationsfeld in der laminaren Flamme.- 2.10 Die Theorie der thermischen Flammenausbreitung von Zeldovich und Frank-Kamenetzki.- 2.11 Verfeinerte Theorie der laminaren Flammenausbreitung.- 2.12 Einige allgemeine Bemerkungen zur laminaren Flammenausbreitung.- 2.13 Turbulente Flammenausbreitung in vorgemischten Gasen.- 2.14 Allgemeine Eigenschaften turbulenter Strömungen.- 2.15 Oberflächenmodell.- 2.16 Gestrecktes laminares Flammenmodell.- 2.17 Statistische Beziehungen bei turbulenter Verbrennung.- 2.18 Berechnung der turbulenten Flammengeschwindigkeit auf statistischer Basis.- 2.19 Abschließende Bemerkung zur turbulenten Verbrennung.- 2.20 Literatur.- III. Stationäre, eindimensionale Strömung mit Energiezufuhr.- 3.1 Vorbemerkung.- 3.2 Grundgleichungen für stationäre Rohrströmung mit Wärmezufuhr.- 3.3 Der senkrechte Verdichtungsstoß als Sonderfall q = 0.- 3.4 Kritische Wärmezufuhr.- 3.5 Rankine-Hugoniot-Kurve für den Verdichtungsstoß.- 3.6 Rankine-Hugoniot-Kurven für die Reaktionsfront.- 3.7 Verschiedene Arten von Reaktionsfronten.- 3.8 Klassische Detonationstheorie für das ideale Gas.- 3.9 Das Zeldovich-Döring-von-Neumann-Modell.- 3.10 Verdichtungsstoß mit Relaxation.- 3.11 Detonationswelle mit endlicher Reaktionsgeschwindigkeit.- 3.12 Berechnung der Detonationsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung veränderlicher spezifischer Wärmen.- 3.13 Detonationsgeschwindigkeit; Vergleich zwischen Theorie und Experiment.- 3.14 Detonationsgrenzen.- 3.15 Nachteile und Mängel des ZDN-Modells.- 3.16 Detonation in rauhen Rohren.- 3.17 Wärmezufuhr im Kanal veränderlichen Querschnitts.- 3.18 Spezialfälle der Strömung im Kanal veränderlichen Querschnitts.- 3.19 Berücksichtigung der Wandreibung.- 3.20 Das beheizte Rohr als Schubkörper.- 3.21 Staustrahltriebwerke.- 3.22 Literatur.- IV. Stationäre, räumliche Strömung mit Energiezufuhr.- 4.1 Grundgleichungen für stationäre, ebene oder achsensymmetrische Strömung mit chemischer Reaktion.- 4.2 Der verallgemeinerte Croccosche Wirbelsatz.- 4.3 Übergang zur Strömung mit Wärmequellen.- 4.4 Gleichungen für schiefe, stationäre Reaktionsfronten.- 4.5 Ablenkungswinkel der Strömung.- 4.6 Schiefe Unter- und Überschallreaktionsfront.- 4.7 Der schiefe Verdichtungsstoß als Sonderfall q = 0.- 4.8 Kritische Wärmezufuhr bei schiefen Reaktionsfronten.- 4.9 Kritischer Reaktionsfrontneigungswinkel.- 4.10 Allgemeines über Reaktionsfrontpolaren.- 4.11 Überschallreaktionsfrontpolaren.- 4.12 Unterschallreaktionsfrontpolaren.- 4.13 Zusammenhang zwischen Frontneigungswinkel und Ablenkungswinkel.- 4.14 Die laminare Bunsenflamme als Beispiel einer schiefen Verbrennungsfront.- 4.15 Überschallreaktionsfront an einem Keil.- 4.16 Unterschallreaktionsfront an einem konvexen Wandknick.- 4.17 Randbedingungen an einer festen Wand bei schiefen Detonationsfronten.- 4.18 Randbedingungen an einer festen Wand bei schiefen Verbrennungsfronten in Überschallströmung.- 4.19 Dreifrontkonfigurationen mit und ohne Energiezufuhr.- 4.20 Stehende Detonationswellen.- 4.21 Verträglichkeitsbedingungen für stationäre, ebene und achsensymmetrische Überschallströmung mit chemischer Reaktion.- 4.22 Die inverse Methode von Broadbent.- 4.23 Außenverbrennung.- 4.24 Außenverbrennung in Unterschallströmung.- 4.25 Außenverbrennung in Überschallströmung.- 4.26 Heckheizung.- 4.27 Schub und Widerstand bei Wärmezufuhr im Bereich hoher Machzahlen, insbesondere in Hyperschallströmung.- 4.28 Tragende Schubkörper in hoher Überschallströmung.- 4.29 Literatur.- V. Instationäre Strömung mit Energiezufuhr.- 5.1 Vorbemerkung.- 5.2 Grundgleichungen für instationäre, eindimensionale Strömung mit chemischen Reaktionen.- 5.3 Charakteristikenmethode für instationäre, eindimensionale Strömung mit und ohne chemischen Reaktionen.- 5.4 Reaktionsfronten in instationärer Strömung.- 5.5 Die linearisierten Reaktionsfrontgleichungen.- 5.6 Der instationäre Verdichtungsstoß als Sonderfall q = 0.- 5.7 Instationäre Reaktionsfrontpolaren.- 5.8 Entstehung von Druckwellen an ebenen Flammenfronten.- 5.9 Zündung am geschlossenen Rohrende.- 5.10 Zündung am offenen Rohrende.- 5.11 Wechselwirkung zwischen Druckwellen und Flammenfront.- 5.12 Wechselwirkung zwischen Flammenfront und Temperaturdiskontinuität.- 5.13 Verallgemeinerte Hugoniot-Kurven.- 5.14 Beschleunigung einer Flamme in einem Rohr konstanten Querschnitts.- 5.15 Instationäre Strömungsvorgänge beim Überschreiten der kritischen Wärmezufuhr.- 5.16 Übergang von der langsamen Verbrennung zur Detonation.- 5.17 Struktur von Detonationsfronten; pulsierende Detonation.- 5.18 Die Spindetonation.- 5.19 Literatur.- Namenverzeichnis.