Mit zunehmender Rechenleistung hat sich die Large-Eddy-Simulation (LES) neben der herkömmlich Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Simulation (RANS) zu einer vielversprechenden und zuverlässigen Simulationsmethode für die turbulente Verbrennung entwickelt. Eine große Schwierigkeit bei der LES turbulent vorgemischter Verbrennungen stellen die typischen LES-Filterweiten dar, welche zu weit sind, um die dünnen Flammendicken aufzulösen. Daher sind weitere Modelle erforderlich, um die Feinstrukturflammenfaltung zu beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird ein Flammenoberflächendichte-Modell (FSD) eingesetzt, um die LES-gefilterte Reaktionsrate zu modellieren. Innerhalb der FSD-Modellierungen haben sich zwei zentrale Ansätze etabliert. In einem Ansatz wird eine Transportgleichung für die FSD formuliert und gelöst. Alternativ kann, unter der Annahme eines Gleichgewichts zwischen Produktion und Dissipation, die FSD durch eine algebraische Formulierung beschrieben werden. Diese Arbeit verwendet den letzteren Ansatz. Mit dem neu entwickelten FSD-Modell werden folgende zentrale Eigenschaften mittels LES untersucht: Erstens, das ebengenannte vereinfachte FSD-Modell wird anhand experimenteller Daten validiert und die Leistungsfähigkeit mit dem Ausgangsmodells verglichen. Dabei zeigt sich, dass sowohl das ursprüngliche Modell als auch das vereinfachte Modell für die LES schwach bis stark turbulenter Vormischverbrennungen bei Umgebungsdruck bis hin zu hohen Drücken geeignet sind. Zweitens wird der Einfluss modifizierter Feinstrukturskalarfluss-Modelle (SGSF) im Ausgangsmodell untersucht. Für die verschiedenen SGSF-Modelle sind keine signifikanten Veränderungen der resultierenden Flammengeschwindigkeit zu erkennen. Hingegen unterscheiden sich die berechneten Flammenformen und Flammendicken. Diese Abweichungen werden anschließend ausführlich in der Arbeit diskutiert. Drittens, die Gültigkeit des neuen Modells bei hohen Drücken und Variationen der Lewis-Zahl (Le=thermische Diffusivität/Diffusivität der Masse) für vorgemischte turbulente Verbrennungen wird analytisch untersucht und mit vorhandenen FSD-Modellen aus der Literatur verglichen. Dazu werden die bestehenden Modellansätze erweitert und in einer umfangreichen Parameterstudie untersucht. Die Ergebnisse der modifizierten Modelle weisen gute Übereinstimmungen mit den experimentellen Daten auf. Viertens, eine RANS-Version des FSD-Modells wird mit den Daten aus der LES verglichen und mit experimentellen Daten validiert. Dabei zeigt sich, dass die RANS hinreichend genaue Ergebnisse im Vergleich zu den Experimenten bietet. Abschließend werden eindimensionale Flammen simuliert, um die Effekte von $|\nabla \overline{c}|$ bzw. |\nabla \tilde{c}| in der verallgemeinerten FSD-Modellierung in Verbindung mit verschiedenen sog. Gegengradient-SGSF-Modellen zu analysieren.    «

Mit zunehmender Rechenleistung hat sich die Large-Eddy-Simulation (LES) neben der herkömmlich Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Simulation (RANS) zu einer vielversprechenden und zuverlässigen Simulationsmethode für die turbulente Verbrennung entwickelt. Eine große Schwierigkeit bei der LES turbulent vorgemischter Verbrennungen stellen die typischen LES-Filterweiten dar, welche zu weit sind, um die dünnen Flammendicken aufzulösen. Daher sind weitere Modelle erforderlich, um die Feinstrukturflamm...    »