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Die Modellierung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei der Prozessvorhersage und der Interpretation von experimentellen Daten. Im Rahmen dieser Vorlesung soll die Modellierung reaktiver komplexer Systeme eingeführt und geübt werden. Viele Modellierungen lassen sich problemlos auf üblichen Computern durchführen. In den Übungen soll der Studierende die wichtigsten Vorgehensweisen bei der Modellanwendung, der Modellbildung sowie bei Parameterstudien kennen lernen. Hierzu wird das Programmpaket Cantera eingesetzt, das detaillierte Reaktionsmechanismen für homogene und heterogene Prozesse verwenden kann. Die Vorlesung gliedert sich in drei Teile, mit zunehmender Komplexität der Problemstellung. In der Vorlesung werden die physikalischen Grundlagen, sowie kurz die mathematischen Methoden dargestellt. Den Schwerpunkt bildet jedoch die eigene Modellierung und kritische Bewertung der Resultate durch die Veranstaltungsteilnehmer. Vorkenntnisse in Chemischer Thermodynamik, Verbrennungslehre und Wärme- und Stoffübertragung sind hilfreich.
Zunächst soll das thermodynamische Gleichgewicht in komplexen Gasphasen, wie z.B. Verbrennungssystemen behandelt werden. Im Weiteren werden thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen in heterogenen Systemen mit komplexer Gasphase und mehreren festen Phasen behandelt, im Hinblick auf die Anwendung bei der Herstellung von dünnen Schichten oder Partikeln.
Im Folgenden werden reagierende zeitabhängige Prozesse modelliert. Als Beispiele werden u. a. Zündverzugszeiten und die Kinetik der Stickoxidbildung behandelt. Im Rahmen dieser Modellierungen werden auch die Methoden der Analyse von Reaktionsmechanismen eingeführt: die Sensitivitätsanalyse und die Reaktionsflussanalyse.
Im letzten Teil werden stationäre eindimensionale Prozesse behandelt, bei denen neben der Kinetik und der Thermodynamik auch die Strömung mit Transportprozessen von Bedeutung ist. Hierzu zählen homogene eindimensionale Flammen, Flammen die an einer Wand stabilisiert werden und einfache Gasphasenabscheidungsprozesse. |
