Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines effizienten Modells zur Berechnung der Rußmorphologie für numerische Verbrennungssimulationen. Das Modell wurde in den Verbrennungscode THETA implementiert, anhand idealisierter Validierungstestfälle validiert und für Grobstruktursimulationen einer halbtechnischen Brennkammer verwendet. Ruß als unerwünschtes Verbrennungsnebenprodukt hat im Kontext der Feinstaubproblematik gegenwärtig eine hohe Bedeutung. Dass experimentelle

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... ersuchungen bei technischen Verbrennungssystemen häufig nicht oder nur eingeschränkt anwendbar sind, erklärt die hohe Relevanz der Verbrennungssimulation zur Vorausberechnung von Rußemissionen. Infolge der partikelgrößenabhängigen Toxizität von Feinstaub (und Schadstoffnormen die diesen Sachverhalt entsprechend berücksichtigen) sind dazu Rußmodelle erforderlich, die die Rußgrößenverteilung (PSD) auflösen. Sektionalansätze, wie sie in dieser Arbeit behandelt werden, fallen in diese Kategorie. Eine zentrale Komponente des Verbrennungscodes THETA ist das Finite-Raten-Chemie Modell welches durch simultane Lösung der skalaren Bilanzgleichungen eine vollständige Kopplung von Ruß und dem thermo-chemischen Zustand der Gasphase gewährleistet. Ein Reaktionsmechanismus mit 43 Komponenten und 304 Reaktionen beschreibt die Pyrolyse und die Oxidation von kleinen Kohlenwasserstoffen wie Ethylen sowie die Bildung kleiner Aromaten (Benzol und Toluol). Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) werden durch einen in der vorliegenden Arbeit entwickelten Sektionalansatz mit drei Massenklassen beschrieben, der zwischen PAH-Radikalen und PAH-Molekülen unterscheidet und sich durch eine reversible PAH-Chemie auszeichnet. Simulationen laminarer Vormischflammen demonstrieren, dass diese Modellkomplexität erforderlich ist, um realistische PAH-Größenverteilungen und folglich korrekte Nukleationsraten zu erhalten. Für eine genaue Berechnung der Rußmorphologie ist letzteres von entscheidender Bedeutung, da eine zu starke Rußnukleation im Vergl [...]