Flamme
Als Flamme wird der Bereich einer exothermen Reaktion bezeichnet, die im sichtbaren Spektralbereich Strahlung emittiert. Die bei einer Reaktion freigesetzte Strahlung wird im Wesentlichen durch die Molekülbanden (Vibrations- und Rotationsbanden) und Feststoffpartikel / Aerosole (z. B. Russ in Ölflammen hervorgerufen). Die Feststoffpartikel emittieren ein Strahlungsspekturm, das dem eines schwarzen Strahlers bei der Temperatur in der Flamme entspricht. Des weiteren trägt auch Linienstrahlung von Atomen zur Strahlung der Flamme bei. Die Wellenlänge der Strahlung ist charakteristisch für die in der Reaktionszone vorhandenen Moleküle und Temperaturen.
In den meisten technischen Anwendungen ist die Flamme bei der Reaktion eines Brennstoffes mit Sauerstoff(Oxidation) gemeint. Der Reaktionsbereich umfasst die Vorwärmzone, die Reaktionszone und die Gleichgewichtszone. Die Flamme bildet sich in der Reaktionszone aus.
Dies führt meistens zu einem intensiven Leuchten, das den Reaktionsbereich scharf abgrenzt und verschiedene Farben annnehmen kann. Bedeutsamen Anteil an der Flammenfärbung werden durch folgende Bestandteile in der Reaktionszone hervorgerufen:
- orange: Russteilchen (Größenordnung einige 10 nm / emittieren Spektrum des schwarzen Strahlers,
- türkis: angeregte C2 und CH-Radikale.
Dageben strahlen die Reaktionsprodukte der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (CO2 und H2O) praktisch nur im nicht sichtbaren infraroten Spektralbereich. Besonders intensive Flammenfärbungen erhält man durch in die Flamme eingebrachte Verunreinigungen. Hier trägt hauptsächlich die Strahung energetisch tief liegender Resonanzübergäne (erster angeregter Zustand) zum Flammenleuchten bei. Die wird bei Feuerwerkskörpern ausgenutzt.
Bei vorgemischten Flammen liegt ein homogenes Gemisch reagierender Gase vor (so z. B. bei einem Bunsenbrenner), bei Diffusionsflammen (z. B. einer Kerze) werden Brennstoffe und Oxidationsmittel getrennt zugefügt. Teilvorgemischte Flammen stellen Zwischenformen dieser beiden Flammentypen dar.
Als Reduktionsflamme (leuchtende Flamme) wird eine Flamme mit niedrigem Sauerstoffanteil bezeichnet. In der Flamme bildet sich Ruß, der für das intensive Leuchten der Flamme verantwortlich ist. Oxidationsflammen (rauschende Flammen) enthalten Sauerstoff im Überschuss. Wegen des geringen Russanteils leuchten sie nur schwach (Beispiel: Erdgasflamme).
Die bisher heißeste Flamme entsteht bei einer Reaktion mit Kohlenstoffsubnitrid bzw. Dicyanoethin C4N2 und Ozon O3 bei 40 bar Druck und erreicht eine Temperatur von etwa 6.000 °C. Die theoretischen Verbennungstemperaturen von Kohlenwasserstoffen mit Luft liegen um 2000°C.
Quellen
RWTH Aachen, Laminare und turbulente Vormischflammen Vormischverbrennung ... [www.itv.rwth-aachen.de/Deutsch/Lehre/Vorlesungen/TechnischeVerbrennung/Vorlesung/TechVerbr_Kap6_Teil1von2.pdf]
