Technische Verbrennungssysteme
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-53947-6 (ISBN)
I Verbreinnungsenrichtungen: Aufbau, Funktion und Charakterisierung.- 1 Einführung und Motivation.- 1.1 Energiesituation und Konsequenzen für die Verbrennungstechnik.- 1.2 Umweltschutz und seine Auswirkungen auf Industrie und Kraftwerkstechnik.- 1.3 Hauptvorgänge bei der Verbrennung.- 1.4 Einflüsse auf den Verbrennungsvorgang.- 1.5 Motivation für eine mathematische Modellbildung und Simulation.- 1.6 Teilbereiche mathematischer Modellierung bei technischen Verbrennungssystemen.- Literatur.- 2 Einteilung technischer Verbrennungseinrichtungen.- 2.1 Übersicht.- 2.2 Einsatzbereiche.- 2.2.1 Einteilung.- 2.2.2 Feuerungen in Industrieöfen.- 2.2.3 Kesselfeuerungen.- 2.2.4 Feuerungen in Entsorgungsanlagen (thermische Zersetzung).- 2.2.5 Brennräume in Verbrennungskraftmaschinen.- 2.3 Verfahrenstechnische Einteilung technischer Feststoffverbrennungssysteme.- 2.3.1 Übersicht.- 2.3.2 Rostfeuerung, Wirbelschichtfeuerung und Staubfeuerung.- 2.3.3 Drehrohrofen.- Formelzeichen.- Literatur.- 3 Kenngrößen technischer Verbrennungseinrichtungen.- 3.1 Charakterisierungsgrundlagen.- 3.1.1 Strömungstechnische Charakterisierung.- 3.1.2 Wärmetechnische Charakterisierung.- 3.1.3 Reaktionstechnische Charakterisierung.- 3.2 Feuerungen für gasförmige und flüssige Brennstoffe.- 3.3 Feuerungen für feste Brennstoffe.- 3.3.1 Allgemeine Kennzeichnung der Systeme.- 3.3.2 Rostfeuerungen.- 3.3.3 Wirbelschichtfeuerungen.- 3.3.4 Staubfeuerungen.- 3.4 Feuerungen für Abfallstoffe.- 3.4.1 Allgemeine Kennzeichnung der Systeme.- 3.4.2 Hausmüllverbrennung.- 3.4.3 Klärschlammverbrennung.- 3.4.4 Industrierückstandsverbrennung.- 3.4.5 Sondermüllverbrennung.- 3.4.6 Rauchgasreinigung bei der Abfallverbrennung.- Literatur.- II Mathematische Modellierung: Voraussetzungen, Teilmodelle, Gesamtmodelle.- Überblick und Einordnung.- 4 Voraussetzungen für eine mathematische Modellbildung und Simulation.- Literatur.- 5 Ebenen der mathematischen Modellierung.- 5.1 Global- / Detail-Modelle.- 5.2 Einzel- / Gesamt-Modelle.- 5.3 Euler- / Lagrange-Modelle.- 5.4 Koordinaten, Dimensionalität und Einsatzbereiche der Modelle.- 5.4.1 Koordinaten.- 5.4.2 Dimensionalität.- 5.4.3 Einsatzbereiche.- 5.4.4 Mehr-Gitter-Methode (Multi-Griding).- 5.4.5 Teilgebietszerlegung (Subdomain Decomposition) Überlappende Gitter (Patched Grids).- Formelzeichen.- Literatur.- Kontinuumsbeschreibung.- 6 Bilanzierung von Zustandsgrößen.- 6.1 Herleitung der Bilanzgleichung.- 6.1.1 Allgemeine Überlegungen.- 6.1.2 Bilanzierung an einem endlichen Volumenelement dV.- 6.2 Zu bilanzierende Größen.- 6.2.1 Wechselwirkungszusammenhänge der Hauptmodelle.- 6.2.2 Bilanzgrößen der Hauptmodelle.- Formelzeichen.- Literatur.- 7 Beschreibung der Strömung.- 7.1 Verschiedene Variablensysteme (/7.1.1/).- 7.2 Impulstransport ("primitive Variablen").- 7.2.1 Impulstransportgleichung.- 7.2.2 Gleichungen für die Druckberechnung.- 7.2.2.1 Übersicht über Berechnungsmethoden.- 7.2.2.2 Poisson-Gleichung.- 7.2.2.3 Druckkorrekturgleichung.- 7.2.3 Kontinuitätsgleichung.- 7.3 Turbulenzmodellierung.- 7.3.1 Eigenschaften der Turbulenz.- 7.3.1.1 Phänomenologische Betrachtung (/7.1.1/).- 7.3.1.2 Energiekaskade.- 7.3.1.3 Statistische Größen.- 7.3.2 Turbulenzmodelle.- 7.3.2.1 Turbulenter Impulstransport (Reynoldsgleichungen).- 7.3.2.2 Übersicht über Turbulenzmodelle.- 7.3.2.3 Mischungslängenansätze.- 7.3.2.4 Zweigleichungsmodell.- 7.3.2.5 Reynolds-Spannungsmodell.- 7.3.2.6 Algebraisches Spannungsmodell.- 7.3.3 Turbulenter Transport skalarer Größen.- 7.4 Einphasensysteme oder homogene Systeme.- 7.5 Zweiphasensysteme oder heterogene Systeme.- 7.5.1 Grundsätzliche Definitionen und Überlegungen.- 7.5.2 Bilanzierung für monodisperse nichtreagierende Zweiphasenströmungen.- 7.5.2.1 Allgemeine Bemerkungen.- 7.5.2.2 Kontinuitätsbilanz.- 7.5.2.3 Impulsbilanz.- 7.5.3 Bilanzierung für polydisperse nichtreagierende Zweiphasenströmungen.- 7.5.3.1 Grundsätzliche Überlegungen.- 7.5.3.2 Kontinuitätsbilanz.- 7.5.3.3 Impulsbilanz.- 7.5.4 Turbulenzmodellierung bei Zweiphasenströmungen.- 7.5.4.1 Allgemeine Bemerkungen.- 7.5.4.2 Globale Berücksichtigung der Turbulenzbeeinflussung.- 7.5.4.3 Modifikationen des Turbulenzmodells.- 7.5.5 Turbulenter Transport skalarer Größen.- 7.5.6 Polydisperse reagierende Zweiphasenströmungen.- Formelzeichen.- Literatur.- 8 Beschreibung des Brennstoffabbrandes.- 8.1 Bilanzierung für eine Spezies.- 8.1.1 Grundsätzliche Überlegungen zur Bilanzierung.- 8.1.2 Wahl des Konzentrationsmaßes.- 8.1.3 Bilanzgleichung für eine Spezies.- 8.1.4 Beschreibung des Mischungszustandes.- 8.1.5 Lokale Ungemischtheiten.- 8.2 Grundzüge der Reaktionskinetik.- 8.2.1 Kinetische Grundgleichungen (/8.5.10/).- 8.2.2 Arrheniusansatz für Reaktionen erster Ordnung.- 8.2.3 Allgemeiner Geschwindigkeitsansatz.- 8.2.4 Gleichgewichtskonzentration.- 8.2.5 Schnelle Gasphasenreaktionen.- 8.2.6 Turbulente reagierende Strömungen.- 8.2.6.1 Allgemeine Überlegungen.- 8.2.6.2 Einfluß der Temperaturfluktuationen.- 8.2.6.3 Das "Eddy-Break-Up"-Modell.- 8.2.6.4 Das "Eddy-Dissipation"-Konzept.- 8.2.6.5 Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen.- 8.2.7 Einordnung von Flammentypen.- 8.2.8 Heterogene Verbrennungsreaktionen.- 8.2.8.1 Verschiedene Regime bei heterogenen Reaktionen.- 8.2.8.2 Einzelteilchen-und Teilchengruppenverbrennung.- 8.3 Gasverbrennung.- 8.4 Ölverbrennung.- 8.4.1 Phänomenologische Beschreibung.- 8.4.2 Ölzerstäubung.- 8.4.3 Tropfenverdampfung bzw. -Verdunstung.- 8.4.4 Abbrand der Dämpfe.- 8.4.5 Ruß und Flugkoks.- 8.5 Kohleverbrennung.- 8.5.1 Phänomenologische Betrachtung.- 8.5.2 Pyrolyse.- 8.5.2.1 Phänomenologische Betrachtung und Einflußfaktoren.- 8.5.2.2 Aufheizrate und maximale Pyrolysetemperatur.- 8.5.2.3 Kohlezusammensetzung bzw. -provenienz.- 8.5.2.4 Übersicht über Pyrolysemodelle.- 8.5.2.5 Pyrolysemodell mit konstanter Pyrolyserate.- 8.5.2.6 Pyrolysemodell mit einer Arrheniusreaktion N-ter Ordnung.- 8.5.2.7 Pyrolysemodell mit zwei konkurrierenden Reaktionen erster Ordnung.- 8.5.3 Koksabbrand.- 8.5.3.1 Überblick und limitierende Teilvorgänge.- 8.5.3.2 Limitierung durch Transportprozesse.- 8.5.3.3 Limitierung durch chemische Reaktion.- 8.5.3.4 Koksabbrandzeiten.- 8.5.4 Abbrand der Flüchtigen.- 8.5.5 Ascheverhalten.- 8.5.6 Partikelgrößenhaushalt.- 8.5.6.1 Prinzipielle Überlegungen.- 8.5.6.2 Größenspezifische Eigenschaften.- 8.5.6.3 Kohlespezifische Eigenschaften.- 8.5.6.4 "Shadow"-Methode für die Umsatzberechnung.- 8.5.6.5 Modifizierte Momentenmethode.- 8.5.6.6 Fragmentierung.- Formelzeichen.- Literatur.- 9 Beschreibung der Schadstoffentstehung.- 9.1 Technisch relevante Schadstoffkomponenten.- 9.2 Einzuhaltende Grenzwerte.- 9.3 Kohlenstoffoxide.- 9.3.1 Kohlenstoffmonoxid (CO).- 9.3.2 Kohlenstoffdioxid (CO2).- 9.4 Schwefeloxide.- 9.5 Stickstoffoxide (Stickoxide).- 9.5.1 Einzelspezies und Entstehungspfade.- 9.5.2 Thermische NO-Bildung.- 9.5.3 Brennstoff-NO-Bildung.- 9.5.4 Prompt NO-Mechanismus.- 9.5.5 NO-Oxidations- und Reduktionspfade.- 9.5.6 Wirkungsweise von Primär- und nichtkatalytischen Sekundärmaßnahmen zur NOx-Reduktion.- 9.5.7 N2O-Bildungsmechanismus.- 9.6 Unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Ruß und Flugkoks.- 9.7 Partikel, Stäube und Feinststäube.- 9.8 Spurenelemente.- 9.9 Dioxine und Furane.- Formelzeichen.- Literatur.- 10 Beschreibung der Wärmeübertragung.- 10.1 Bilanzierung der Enthalpie.- 10.1.1 Energieübertragungsmechanismen.- 10.1.2 Gesamtenthalpie als beschreibende Größe.- 10.1.3 Bilanzgleichung für die Enthalpie.- 10.2 Konvektiver Energietransport.- 10.3 Energietransport durch Leitung.- 10.4 Energietransport durch Strahlung.- 10.4.1 Phänomenologische Betrachtung.- 10.4.2 Strahlungsintensitätsverteilung.- 10.4.2.1 Spektrale Richtungsstrahlungsintensität.- 10.4.2.2 Gesamtstrahlungsintensität.- 10.4.2.3 Übersicht über Strahlungsaustauschmodelle.- 10.4.3 Diffusionsmodell.- 10.4.4 Strahlungsaustauschrechnung mit der Flußmethode.- 10.4.5 Strahlungsaustauschrechnung mit der Zonenmethode.- 10.4.5.1 Grundsätzliche Überlegungen.- 10.4.5.2 Hottel'sches Zonenmodell.- 10.4.5.3 Monte-Carlo-Zonenmodell.- 10.4.6 Descrete-Transfer-Modell.- 10.5 Optische Eigenschaften.- 10.5.1 Allgemeine Grundlagen.- 10.5.2 Gasphäsenspezies.- 10.5.3 Partikelbeladenes Kontinuum.- 10.5.3.1 Allgemeine Zusammenhänge.- 10.5.3.2 Absorptionsverhalten von Kohle und Koks.- 10.5.3.3 Absorptionsverhalten von Asche.- 10.5.3.4 Absorptionsverhalten von Ruß.- 10.6 Berechnung der Temperatur.- 10.6.1 Mittlere Gastemperatur.- 10.6.2 Temperaturfluktuationen in der Gasphase.- 10.6.3 Mittlere Partikeltemperatur.- Formelzeichen.- Literatur.- Einzelpartikelbeschreibung für die Partikel- und Feststoffphase.- 11 Bewegung von Tröpfchen und Partikeln.- 11.1 Bewegung von Einzelpartikeln.- 11.1.1 Impulsbilanzgleichung.- 11.1.2 Widerstandsbeiwert für nichtreagierende Teilchen.- 11.1.3 Einfluß einer irregulären geometrischen Gestalt.- 11.1.4 Widerstandsbeiwert für verdampfende / pyrolysierende und abbrennende Teilchen.- 11.2 Teilchenwechselwirkung mit einem turbulenten Fluid.- 11.2.1 Phänomenologische Beschreibung und grundlegende Zusammenhänge.- 11.2.2 Deterministischer Diffusionsansatz.- 11.2.3 Stochastischer Dispersionsansatz.- 11.3 Teilchenwechselwirkungen im Partikelschwarm.- 11.4 Strömung im Nahfeld eines Partikels.- 11.4.1 Eindimensionale Approximation.- 11.4.2 Dreidimensionale Beschreibung.- 11.4.2.1 Allgemeine Überlegungen.- 11.4.2.2 Impulsbilanzgleichung.- Formelverzeichnis.- Literatur.- 12 Reaktion und Stoffaustausch bei Tröpfchen und Partikeln.- 12.1 Bilanzierung an Einzelpartikeln.- 12.1.1 Speziesbilanz an einem Einzelteilchen.- 12.1.2 Speziesbilanzgleichung für die Grenzschicht um das Teilchen.- 12.1.3 Einfluß der Relativbewegung auf den Stoffaustausch.- 12.1.4 Speziesbilanzgleichung für das Teilcheninnere.- 12.2 Teilchengruppenverbrennung.- 12.3 Abbrand von Öltröpfchen.- 12.3.1 Auftretende Phänomene.- 12.3.2 Reine Verdampfung.- 12.3.3 Simultane Verdampfung und Abbrand.- 12.3.4 Teilchengruppenverbrennung bei der Ölverbrennung.- 12.4 Abbrand Von Kohlepartikeln.- 12.4.1 Auftretende Phänomene.- 12.4.2 Plastisches Verhalten.- 12.4.3 Morphologisches Verhalten und Transportvorgänge im Innern eines Teilchens.- 12.4.4 Adsorptions- und Desorptionsprozesse.- 12.4.5 Heterogene Oberflächenreaktionen.- 12.4.6 Teilchengruppenverbrennung bei der Kohleverbrennung.- Formelverzeichnis.- Literatur.- 13. Energieaustausch bei Tröpfchen und Partikeln.- 13.1 Enthalpiebilanz an einem Einzelpartikel.- 13.2 Strahlungsaustauschverhalten von Einzelteilchen.- 13.2.1 Grundlagen und Definitionen.- 13.2.2 Absorptions- und Streuverhalten von Kohlen, Koksen und Aschen.- 13.3 Strahlungsaustauschverhalten bei hoher Beladung.- 13.4 Wärmetönung durch chemische Reaktion.- 13.5 Teilchentemperaturberechnung.- 13.5.1 Vereinfachte Berechnung der mittleren Teilchentemperatur.- 13.5.2 Verteilung der Grenzschichttemperatur.- Formelverzeichnis.- Literatur.- 14 Kopplung zwischen Kontinuums- und Einzelteilchenbeschreibung.- 14.1 Allgemeine Zusammenhänge.- 14.2 Kopplung der Impulsbilanz.- 14.3 Kopplung der Speziesbilanz.- 14.4 Kopplung der Energiebilanz.- Formelverzeichnis.- Literatur.- 15 Modellierungsansätze für Wirbelschichtfeuerungen.- 15.1 Besonderheiten der Wirbelschichtmodellierung.- 15.2 Eindimensionale Wirbelschichtmodelle.- 15.2.1 Vereinfachungen und Annahmen.- 15.2.2 Bilanzgleichungen.- 15.3 Dreidimensionale Wirbelschichtmodelle.- 15.3.1 Teilmodelle.- 15.3.2 Dispersionsmodell für die Quervermischung.- 15.3.3 Korngrößenbilanz.- Formelverzeichnis.- Literatur.- III Lösung des Gleichungssystems: Eigenschaften der Gleichungen und Methoden zu ihrer Lösung.- 16 Mathematische Eigenschaften der beschreibenden Gleichungen und Numerische Lösungsmethoden.- 16.1 Eigenschaften der Gleichungen.- 16.2 Überblick über Numerische Lösungsmethoden.- 16.3 Definitionen zum numerischen Lösungsverfahren.- Formelverzeichnis.- Literatur.- 17 Numerische Lösungsverfahren bei der Finiten Differenzen Methode.- 17.1 Approximation von Differentialquotienten.- 17.2 Ortsdiskretisierung.- 17.2.1 Differenzenschemata erster Ordnung.- 17.2.2 Die versetzte Gitterdefinition.- 17.2.3 Upwind-Differenzen.- 17.2.4 Das Hybrid-Verfahren.- 17.2.5 Differenzenschemata höherer Ordnung.- 17.2.6 Das ADI-Verfahren.- 17.3 Zeitdiskretisierung.- 17.3.1 Allgemeine Unterscheidung.- 17.3.2 Explizite Lösungsverfahren.- 17.3.2.1 Maximale Zeitschrittweite.- 17.3.2.2 Dynamische Zeitschrittweitensteuerung.- 17.4 Integration der Partikeltrajektorien.- Formelverzeichnis.- Literatur.- IV Simulation: Ausgewählte Beispiele.- 18 Simulationsbeispiele.- 18.1 Voraussetzungen, Randbedingungen und Vorgehensweise.- 18.2 Einzelflammenberechnungen (Kohlenstaub).- 18.2.1 Geschwindigkeiten, Temperaturen und Schlüsselspezies für eine abgehobene unverdrallte Flamme (Steinkohle).- 18.2.2 Einfluß des Dralls bei einer Steinkohlenstaubflamme.- 18.2.3 NO-Berechnungen für eine Steinkohlenstaubflamme.- 18.3 Feuerraumberechnungen (Kohlenstaub).- 18.3.1 Geschwindigkeiten und Mischungsfelder für einen braun- und steinkohlebefeuerten Feuerraum.- 18.3.2 Temperaturverteilung für einen braunkohlebefeuerten Feuerraum.- 18.3.3 Feuerraumgesamtberechnungen.- 18.4 Schlußbemerkungen.- Literatur.- A Anhänge.- A1 Eigenschaften technischer Brennstoffe.- A1.1 Übersicht.- A1.2 Eigenschaften technischer Brennstoffe.- A1.2.1 Eigenschaften technischer Gase.- A1.2.2 Eigenschaften technischer Öle.- A1.2.3 Eigenschaften von Kohle.- A1.2.4 Eigenschaften von Holz und Torf.- A1.2.5 Eigenschaften von Hausmüll.- A1.2.6 Eigenschaften von Klärschlamm.- A1.3 Einsatz technischer Brennstoffe.- A1.3.1 Steinkohle.- A1.3.2 Braunkohle.- A1.3.3 Klärschlämme.- Literatur.- A2 Bilanzgleichungen für verschiedene Koordinatensysteme.- A2.1 Kontinuitätsgleichung.- A2.2 Impulstransportgleichung.- A2.3 k-?-Turbulenzmodell.- A2.4 Transportgleichung für eine skalare Größe.- A2.4.1 Nichtzeitgemittelte Transportgleichung.- A2.4.2 Zeitgemittelte Transportgleichung.- Literatur.- A3 Stoffeigenschaften von Brennstoff und Verbrennungsprodukten.- A3.1 Allgemeine Bemerkungen.- A3.2 Kohle, Koks und Asche.- A3.3 Flüchtige Bestandteile (allgemein bei Kohle) und Methan.- A3.4 Luft und Sauerstoff.- A3.5 Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.- A3.6 Wasserdampf und Stickstoff.- Literatur.- A4 Definitionen statistischer Größen.- A4.1 Definition der Wahrscheinlichkeit.- A4.2 Definition der differentiellen Wahrscheinlichkeit.- A4.3 Definition der Verteilungsfunktion.- A4.4 Definition der Verteilungsdichtefunktion.- A4.5 Verbundene Wahrscheinlichkeitsfunktion.- Literatur.- A5 Combustion Symposien.- A6 Formelzeichen.- A7 Farbtafeln.
Erscheint lt. Verlag | 8.7.1991 |
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Zusatzinfo | XVII, 499 S. 12 Abb. |
Verlagsort | Berlin |
Sprache | deutsch |
Maße | 170 x 242 mm |
Gewicht | 858 g |
Themenwelt | Naturwissenschaften ► Chemie ► Technische Chemie |
Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik | |
Schlagworte | Absorption • Bilanzierung • Brennstoff • Chemische Reaktion • Feuerungstechnik • Holz • Kohlenmonoxid • Öle • Reaktionskinetik • RSI • Transportprozess • Verbrennung • Verbrennungsanlagen • Verbrennungssysteme • Verbrennungstechnik |
ISBN-10 | 3-540-53947-6 / 3540539476 |
ISBN-13 | 978-3-540-53947-6 / 9783540539476 |
Zustand | Neuware |
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