Allgemeine Informationen und Zielstellungen in Forschung und Lehre
Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik ist im Fachbereich Maschinenbau angesiedelt. Es ist Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützten Exzellenzclusters Smart Interfaces und wurde im Juni 2008 gegründet. Zentrale Zielsetzung des Fachgebiets ist es, chemisch reaktive Strömungen mit Relevanz für energie- und verfahrenstechnische Prozesse in Forschung und Lehre am Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt zu vertreten.
Chemisch reaktive Strömungen spielen in vielen technischen Prozessen eine Schlüsselrolle. Beispiele aus der Energietechnik sind Verbrennungsprozesse in technischen Feuerungen, Gasturbinen oder Hubkolbenmotoren. Prominente Beispiele für verfahrenstechnische Prozesse sind Stoffumwandlung oder Stofftrennung. Häufig treten bei diesen Prozessen turbulente Strömungen auf, in denen sehr komplexe chemische Reaktionen stattfinden, die teils hunderte von Elementarreaktionen umfassen. Eine Besonderheit besteht darin, dass die physikalischen Transportprozesse und die chemischen Prozesse teils auf gleichen Raum- und Zeitskalen stattfinden und daher meist eine starke wechselseitige Beeinflussung besteht. Darüber hinaus können die Strömungen mehrphasig sein und/oder in Nähe einer Oberfläche auftreten. In Folge treten an den Phasengrenzflächen Austauschprozesse von Energie, chemischen Stoffen und Impuls auf.
Eine technische Verbesserung chemisch reaktiver Strömungen erfordert in der Regel ein verbessertes Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen und chemischen Prozesse. Ein solches Verständnis wird heutzutage durch die Nutzung theoretischer, numerischer und experimenteller Methoden erlangt. Die Expertise des Fachgebiets Reaktive Strömungen und Messtechnik liegt vorwiegend auf experimentellem Gebiet. Jedoch wird durch Einbettung im Excellenz-Cluster Smart Interfaces sichergestellt, dass die bearbeiteten Fragestellungen auch im Kontext theoretisch/numerischer Methoden untersucht werden.
Ziel der experimentellen Untersuchungen von reaktiven Strömungen ist eine möglichst genaue Messung der relevanten physikalischen und chemischen Parameter, auf deren Basis Rückschlüsse über die zugrunde liegenden, teils gekoppelten Prozesse gezogen werden. Darüber hinaus werden auf Basis dieser Messungen Modelle zur mathematischen Beschreibung der reaktiven Strömungen erstellt oder numerische Simulationen validiert. Ein besonderer Fokus liegt bei den Untersuchungen auf wandnahen reaktiven Strömungen.
Für die experimentellen Untersuchungen wird Laserlicht als Messwerkzeug genutzt. Im Gegensatz zu konventionellen Sensoren stört Licht den zu untersuchenden Prozess nicht. Die hohe Kohärenz von Laserstrahlung erlaubt eine hohe Ortsauflösung. Die Verfügbarkeit ultrakurzer Laserpulse erlaubt extrem hohe Zeitauflösungen, so dass auch bei sehr hohen Reynoldszahlen oder schnellen Reaktionsabläufen Momentaufnahmen von Geschwindigkeits- bzw. Temperatur- und Konzentrationsfeldern möglich sind.
Ziel der Forschungstätigkeit am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik ist es, sowohl neue Messmethoden bzw. deren Anwendungen über die Grenzen des derzeit Machbaren weiter zu entwickeln als auch neue Erkenntnisse über chemisch reaktive Strömungen zu erlangen. In der Lehre werden im Bachelor-Studium in der Lehrveranstaltung „Messtechnik im Maschinenbau“ die Grundlagen des Fachs vermittelt. Im Master-Studium wird im Sommersemester eine „Einführung in die Quantenmechanik und Spektroskopie“, angeboten, welche einen Einstieg in diese Thematik für Maschinenbaustudenten ermöglicht. Die Applikation von Laserlicht als Messwerkzeug wird im Wintersemester in der Vorlesung „Lasermesstechnik“ vermittelt.
