Flammenprozesse visualisieren, Verbrennung verstehen.
Emissionen reduzieren.Analyse und Optimierung moderner Verbrennungsprozesse

Warum die Verbrennung der zentrale Optimierungshebel ist

Mit dem Übergang zu nachhaltigen Energieträgern verändert sich nicht nur der Brennstoff, sondern das gesamte Verbrennungsverhalten. Hohe Reaktivität von Wasserstoff, langsame Reaktionskinetik von Ammoniak, Mischbetrieb und Fuel-Switching führen zu neuen Stabilitätsgrenzen, neuen Emissionsmechanismen und deutlich komplexeren Regelungsanforderungen. In der Verbrennung entscheidet sich, ob ein Energieträger technisch beherrschbar, regulatorisch zulässig und wirtschaftlich einsetzbar ist. Hier treffen Prozessverständnis, Designentscheidungen und Betriebsstrategien unmittelbar aufeinander – und werden zur technischen Realität.

Wo sich Effizienz, Stabilität und Emissionen entscheiden

In der Verbrennung laufen alle vorgelagerten Prozesse zusammen. Hier bestimmen sich:

Effizienz und Leistungsfähigkeit des Systems

Flammenstabilität, Betriebsfenster und Sicherheitsreserven

Entstehung und räumliche Verteilung von Emissionen, insbesondere NOx

Regulatorische Zulässigkeit und Marktfähigkeit

Die gezielte Analyse der Flamme ist damit der Schlüssel, um nachhaltige Energieträger nicht nur einzusetzen, sondern kontrolliert und optimiert zu nutzen.

Verbrennungs- & Emissionsanalyse

In der Entwicklung moderner Brenner- und Motorsysteme steht nicht die isolierte Betrachtung einzelner Effekte im Vordergrund, sondern die systematische Analyse von Flammenstabilität, Emissionsentstehung und Betriebsgrenzen unter realen Bedingungen. Entscheidend ist, das Flammenverhalten quantitativ zu erfassen, kritische Stabilitätsgrenzen frühzeitig zu identifizieren und die Wechselwirkungen zwischen Brennstoff, Strömung und Reaktionskinetik transparent zu machen.
Die Analyse umfasst die detaillierte Untersuchung von Flammenform, -länge, -ausbreitung und Dynamik sowie die Identifikation von Flashback-, Blow-off- und instationären Effekten unter realen Lastzuständen. Unterschiedliche Brennstoffe, Mischverhältnisse und Fuel-Switching-Szenarien werden vergleichend bewertet, um stabile Betriebsfenster zu definieren und Sicherheitsreserven zu quantifizieren.
Parallel dazu erfolgt die räumlich und zeitlich aufgelöste Untersuchung der Emissionsentstehung, insbesondere der NOx-Bildung. Lokale Hotspots, Temperaturgradienten und reaktive Zonen werden analysiert, um Designparameter, Betriebspunkte und Regelstrategien gezielt zu optimieren. Ziel ist es, Emissionen nachhaltig zu reduzieren, ohne Effizienz und Leistungsfähigkeit des Systems zu beeinträchtigen.

Optische Messtechnik ist für die Analyse von Verbrennung & Emissionen unverzichtbar

Verbrennungsprozesse sind hochdynamisch, instationär und räumlich stark inhomogen. Klassische Sensorik oder reine Abgasanalysen liefern integrale Werte – erfassen jedoch nicht, wo und warum Emissionen entstehen oder Stabilitätsgrenzen überschritten werden. Optische Messtechnik ermöglicht den direkten, räumlich und zeitlich aufgelösten Blick auf Flammenstruktur, Reaktionszonen, Temperaturfelder und Emissionsentstehung. Dadurch lassen sich Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen Mischung, Flamme und Emission nachvollziehen und gezielt beeinflussen. Verbrennung wird damit nicht nur überwacht, sondern physikalisch analysiert und systematisch optimiert.

Von der Flamme
zur belastbaren Entscheidungsgrundlage

LaVision kombiniert hochaufgelöste Bildgebung mit quantitativer Analyse. Flammenemissionen, reaktive Spezies, Temperaturfelder und Strömungsstrukturen werden nicht isoliert betrachtet, sondern miteinander korreliert ausgewertet.
So entstehen:

belastbare Aussagen zur Flammenstabilität,
räumlich aufgelöste Emissionskarten,
zeitaufgelöste Analysen instationärer Effekte,
valide Eingangsgrößen für CFD- und LES-Modelle.

Die Verbrennung wird so von einem komplexen, schwer kontrollierbaren Vorgang zu einem mess- und beherrschbaren Optimierungsfeld.

Von der Flamme zur Emission – gezielte Analyse nach Anwendungsfall

Auf Basis realer Gas- und Mischungszustände lassen sich Verbrennungsprozesse gezielt weiter analysieren und optimieren. Je nach Brennstoff, Reaktionskinetik und regulatorischem Fokus stehen unterschiedliche Schwerpunkte im Vordergrund:

Wasserstoff-Verbrennungsanalyse

Hochreaktive Flammen verstehen, stabilisieren und sicher betreiben – von Flashback-Vermeidung bis zur emissionsarmen Auslegung.

Ammoniak-Verbrennungsanalyse

Langsame Reaktionskinetik beherrschen, Flammen stabilisieren und NOx-Entstehung gezielt reduzieren – auch im Mischbetrieb.

NOx-Verbrennungsanalyse

Räumlich und zeitlich aufgelöste NOx-Analyse als Grundlage für Emissionsoptimierung, Regelstrategien und regulatorische Compliance.

FlameStar NOx – Core Technology zur Verbrennungs- und Emissions- Analyse

Zentrales Imaging- und Analysesystem für Flammenstruktur, Dynamik, Temperatur- und Emissionsverteilung.

Relevante optische Analyseverfahren in der Verbrennung

Flammenemissions- & Chemilumineszenz-Imaging

Visualisierung von Flammenfront, -struktur und Stabilität durch spektral gefilterte Emissionen (z. B. OH*).

High-Speed & Time-Resolved Imaging

Erfassung schneller Instabilitäten, Flashback-Ereignisse und transienter Effekte mit hoher zeitlicher Auflösung.

Laser-Induced Fluorescence (LIF – Laserinduzierte Fluoreszenz)

Analyse reaktiver Spezies, Kraftstoffverteilungen und Reaktionszonen auf Laserlichtschnitten.

PIV in Flammen (Particle Image Velocimetry)

Strömungsfelder als Bindeglied zwischen Mischung, Flammenstabilität und Emissionsentstehung.

Rayleigh-Thermometrie & Raman-Imaging

Räumlich aufgelöste Messung von Flammentemperatur und Gaszusammensetzung.

Messbare Antworten auf komplexe Fragen zu Verbrennungsprozessen

Wie lässt sich Flammenstabilität unter realen Betriebsbedingungen messen?

Die Flammenstabilität wird durch optische Verbrennungsanalyse mit High-Speed-Flammenaufnahmen und Chemilumineszenz-basiertem Imaging quantitativ erfasst. Dabei werden Flammenform, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Oszillationen und Stabilitätsgrenzen unter realen Lastzuständen analysiert, um stabile Betriebsfenster präzise zu definieren.

Wie kann die NOx-Entstehung räumlich aufgelöst analysiert werden?

Die NOx-Entstehung wird mithilfe von Laser-Induzierter Fluoreszenz, Chemilumineszenz-Imaging und temperaturaufgelösten Verfahren untersucht. Diese optische Emissionsanalyse ermöglicht die Identifikation von NOx-Hotspots, lokalen Temperaturspitzen und reaktiven Zonen, die durch klassische Abgasmessungen nicht sichtbar werden.

Wie werden Flashback- und Blow-off-Grenzen bestimmt?

Flashback und Blow-off werden durch High-Speed Imaging und zeitaufgelöste Verbrennungsdiagnostik sichtbar gemacht. Instationäre Flammenbewegungen, Rückzündungen und Flammenabrisse lassen sich exakt detektieren und in Abhängigkeit von Brennstoff, Lastzustand und Geometrie bewerten.

Warum ist optische Messtechnik für die Wasserstoff-Verbrennung besonders wichtig?

Die Wasserstoff-Verbrennung zeichnet sich durch hohe Reaktivität und Flammengeschwindigkeit aus. Optische Verbrennungsdiagnostik ermöglicht die Analyse von Flammenfronten, Reaktionszonen und Stabilitätsgrenzen und unterstützt die sichere Auslegung sowie die Emissionsoptimierung von H₂-Systemen.

Wie lässt sich die Ammoniak-Verbrennung hinsichtlich NOx optimieren?

Bei der Ammoniak-Verbrennung stehen langsame Reaktionskinetik und erhöhte NOx-Bildung im Fokus. Durch optische Messverfahren können Temperaturfelder, Reaktionszonen und Emissionsentstehung räumlich aufgelöst analysiert werden, um emissionsarme Betriebsstrategien zu entwickeln.

Wie werden instationäre Verbrennungsprozesse analysiert?

Instationäre Verbrennungsphänomene wie Flammenoszillationen, Druckschwankungen oder Lastwechsel werden mittels High-Speed- und Time-Resolved-Imaging untersucht. Diese Verfahren ermöglichen die zeitaufgelöste Analyse dynamischer Effekte und deren Einfluss auf Emissionen und Stabilität.

Wie unterstützt optische Verbrennungsanalyse die CFD-Validierung?

Räumlich und zeitlich aufgelöste Messdaten zu Flammenstruktur, Temperaturfeldern und Strömungsinteraktion liefern valide Referenzgrößen für die CFD-Validierung von Verbrennungsmodellen. Dadurch können Simulationen realitätsnah kalibriert und Auslegungsentscheidungen abgesichert werden.

Warum reichen klassische Abgasmessungen für die Emissionsoptimierung nicht aus?

Klassische Abgasmessungen liefern integrale Emissionswerte, jedoch keine Information über die Entstehungsmechanismen von NOx oder lokalen Temperaturgradienten. Optische Emissionsanalyse ermöglicht die gezielte Identifikation von Emissions-Hotspots und die physikalisch fundierte Optimierung von Geometrie und Betriebspunkt.

Analyse, wo Effizienz und Emissionen entschieden werden

Lassen Sie uns gemeinsam analysieren, wie Flammenverhalten, Stabilität und Emissionsentstehung in Ihren Prozessen zusammenwirken – und wie sich diese gezielt optimieren lassen.

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