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Zeldovich Mechanismus Als nach dem sowjetischen Physiker Jakow Borissowitsch Seldowitsch auch thermischer NO Mechanismus

Zeldovich-Mechanismus

Als Zeldovich-Mechanismus (nach dem sowjetischen Physiker Jakow Borissowitsch Seldowitsch, auch thermischer NO-Mechanismus) bezeichnet man die Oxidation atmosphärischen Stickstoffs.

Der erste Schritt der Reaktion benötigt eine Aktivierungsenergie von 315 kJ/mol, die Reaktion findet deshalb nur unter hohen Temperaturen, zum Beispiel in den heißen Bereichen einer Flamme, oder beim Wiedereintritt eines Flugkörpers in die Erdatmosphäre statt. Sie wird deshalb auch zur Analyse von Verbrennungsprozessen verwendet. Die Bildungsrate von NO nimmt bei Temperaturen oberhalb des Bereichs von 1200 °C bis 1400 °C (umgerechnet etwa 1500 bis 1700 Kelvin) exponentiell zu. Dieser Mechanismus wurde später von Lavoie, Heywood und Keck (1970) erweitert:

Die Reaktionsgeschwindigkeiten ergeben sich zu

wobei T die Temperatur in Kelvin ist.

Relevanz Bearbeiten

Die Zeldovich-Reaktion findet ihre Bedeutung unter anderem im motorischen Verbrennungsprozess. Bei der motorischen Verbrennung wird das chemische Gleichgewicht während des Durchlaufens der Flammenfront im Brennraum nicht erreicht. NO bildet sich erst hinter der Flammenfront im Verbrannten. Die Reaktionen laufen trotz der hohen Temperatur selbst dort so langsam ab, dass kein Gleichgewichtszustand erreicht werden kann. Die Bildung von Stickoxiden wird begünstigt durch hohe Brennraumtemperaturen oberhalb ca. 2200 Kelvin (K) und Vorhandensein einer ausreichenden Sauerstoffkonzentration im Gemisch oberhalb λ=1. Bei der Expansion (einem Arbeitstakt beim 4-Takt-Verbrennungsmotor) findet zunächst eine leichte NO-Rückbildung statt, die aber schnell abklingt, da die Reaktionen bei Unterschreiten von 2200 K einfrieren.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Fritz Baum: Luftreinhaltung in der Praxis. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 1988, ISBN 3-486-26256-4, S. 86.
  2. F. Pischinger: Verbrennungsmotoren. Vorlesungsumdruck. Band II, RWTH Aachen, 1989, OCLC 1067705266.

Quellen Bearbeiten

  • G. P. Merker, G. Stiesch: Technische Verbrennung. Motorische Verbrennung. B.G. Teubner Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-519-06381-6.
  • J. B. Heywood: Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill, New York 2002, ISBN 0-07-028637-X.
  • Y. B. Zeldovich: The Oxidation of Nitrogen in Combustion and Explosions. In: Acta Physicochimica U.S.S.R. Band 21, 1946, S. 577–628.
  • G. A. Lavoie, J. B. Heywood, J. C. Keck: Experimental and Theoretical Study of Nitric Oxide Formation in Internal Combustion Engines. In: Combust. Sci. Tech. Band 1, Nr. 4, 1970, S. 313–326.
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Als Zeldovich Mechanismus nach dem sowjetischen Physiker Jakow Borissowitsch Seldowitsch auch thermischer NO Mechanismus bezeichnet man die Oxidation atmospharischen Stickstoffs O N 2 NO N displaystyle ce O N2 gt NO N N O 2 NO O displaystyle ce N O2 gt NO O Der erste Schritt der Reaktion benotigt eine Aktivierungsenergie von 315 kJ mol die Reaktion findet deshalb nur unter hohen Temperaturen zum Beispiel in den heissen Bereichen einer Flamme oder beim Wiedereintritt eines Flugkorpers in die Erdatmosphare statt Sie wird deshalb auch zur Analyse von Verbrennungsprozessen verwendet Die Bildungsrate von NO nimmt bei Temperaturen oberhalb des Bereichs von 1200 C bis 1400 C umgerechnet etwa 1500 bis 1700 Kelvin exponentiell zu 1 Dieser Mechanismus wurde spater von Lavoie Heywood und Keck 1970 erweitert O N 2 NO N displaystyle ce O N2 lt gt NO N 1 N O 2 NO O displaystyle ce N O2 lt gt NO O 2 N OH NO H displaystyle ce N OH lt gt NO H 3 Die Reaktionsgeschwindigkeiten ergeben sich zu k 1 v o r w 7 6 10 13 exp 38370 T m 3 k m o l s displaystyle k 1 mathrm vorw 7 6 times 10 13 times exp left 38370 over T right mathrm m 3 over kmol cdot s k 1 r u c k 1 6 10 13 m 3 k m o l s displaystyle k 1 mathrm r ddot u ck 1 6 times 10 13 qquad qquad qquad qquad mathrm m 3 over kmol cdot s k 2 v o r w T 6 4 10 9 exp 3139 T m 3 k m o l s displaystyle k 2 mathrm vorw T 6 4 times 10 9 times exp left 3139 over T right mathrm m 3 over kmol cdot s k 2 r u c k T 1 5 10 9 exp 19500 T m 3 k m o l s displaystyle k 2 mathrm r ddot u ck T 1 5 times 10 9 times exp left 19500 over T right mathrm m 3 over kmol cdot s k 3 2 8 10 10 m 3 k m o l s displaystyle k 3 2 8 times 10 10 qquad qquad qquad qquad quad mathrm m 3 over kmol cdot s wobei T die Temperatur in Kelvin ist Relevanz BearbeitenDie Zeldovich Reaktion findet ihre Bedeutung unter anderem im motorischen Verbrennungsprozess Bei der motorischen Verbrennung wird das chemische Gleichgewicht wahrend des Durchlaufens der Flammenfront im Brennraum nicht erreicht NO bildet sich erst hinter der Flammenfront im Verbrannten Die Reaktionen laufen trotz der hohen Temperatur selbst dort so langsam ab dass kein Gleichgewichtszustand erreicht werden kann Die Bildung von Stickoxiden wird begunstigt durch hohe Brennraumtemperaturen oberhalb ca 2200 Kelvin K und Vorhandensein einer ausreichenden Sauerstoffkonzentration im Gemisch oberhalb l 1 2 Bei der Expansion einem Arbeitstakt beim 4 Takt Verbrennungsmotor findet zunachst eine leichte NO Ruckbildung statt die aber schnell abklingt da die Reaktionen bei Unterschreiten von 2200 K einfrieren Einzelnachweise Bearbeiten Fritz Baum Luftreinhaltung in der Praxis Oldenbourg Wissenschaftsverlag Munchen 1988 ISBN 3 486 26256 4 S 86 F Pischinger Verbrennungsmotoren Vorlesungsumdruck Band II RWTH Aachen 1989 OCLC 1067705266 Quellen BearbeitenG P Merker G Stiesch Technische Verbrennung Motorische Verbrennung B G Teubner Verlag Stuttgart 1999 ISBN 3 519 06381 6 J B Heywood Internal Combustion Engine Fundamentals McGraw Hill New York 2002 ISBN 0 07 028637 X Y B Zeldovich The Oxidation of Nitrogen in Combustion and Explosions In Acta Physicochimica U S S R Band 21 1946 S 577 628 G A Lavoie J B Heywood J C Keck Experimental and Theoretical Study of Nitric Oxide Formation in Internal Combustion Engines In Combust Sci Tech Band 1 Nr 4 1970 S 313 326 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Zeldovich Mechanismus amp oldid 232096661