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Verbrennungslehre
Die Verbrennungslehre, seltener auch Verbrennungskunde oder -wissenschaft genannt, ist ein naturwissenschaftliches Fachgebiet, das sich mit den chemischen …
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Definition und Bedeutung
Die Verbrennungslehre, auch Verbrennungskunde oder Verbrennungswissenschaft genannt, untersucht die chemischen und physikalischen Vorgänge bei Verbrennungen sowie die Effekte in Flammen und Feuern. Sie ist größtenteils ein Teilgebiet der physikalischen Chemie, hat aber auch Verbindungen zur Wärmelehre (Thermodynamik), Strömungslehre und zu weiteren Bereichen der Physik.
Technische Nutzung und Sicherheit
Die Verbrennungslehre ist die Wissensgrundlage für die technische Nutzung von „Nutz-“ oder „Zweckfeuern“. Dazu gehören die Feuerungstechnik, Verbrennungskraftmaschinen und die Pyrotechnik. Dabei besteht eine enge Verbindung zur Brennstofftechnik.
Zugleich bildet sie eine Grundlage der Brandschutzlehre. Diese beschäftigt sich mit der Verhinderung von „Schadfeuern“, also Bränden, und mit ihrer Bekämpfung durch die Feuerwehr.
Ein Spezialgebiet ist die Explosionslehre, die explosionsartige Verbrennungen untersucht. Bei Nutzfeuern wird dieses Wissen in der Pyro- und Sprengtechnik verwendet; bei Schadfeuern dient es dem Explosionsschutz.
Chemische Vorgänge
Ein grundlegendes Schema ist das Verbrennungsdreieck. Untersucht werden die chemischen Reaktionen einer Verbrennung einschließlich ihrer Stöchiometrie und Thermodynamik. Die Stöchiometrie beschreibt dabei die Mengenverhältnisse der beteiligten Stoffe; die Thermodynamik dient unter anderem der Energiebilanzierung.
Zu den Hauptreaktionen gehört besonders die Oxidation des Brennstoffes. Daneben werden Nebenreaktionen betrachtet, vor allem solche, bei denen Luftschadstoffe entstehen.
Physikalische Abläufe und Modellierung
Zu den untersuchten physikalischen Vorgängen gehört die Stoffübertragung in der Flamme. Dazu zählen die Durchmischung von Brennstoff, Oxidationsmittel und Abgas sowie Diffusionsvorgänge, also die selbstständige Verteilung von Teilchen.
Außerdem betrachtet die Verbrennungslehre die Wärmeübertragung innerhalb des Feuers und an die Umgebung. Sie untersucht strömungsmechanische und dynamische Effekte wie die Entstehung und die Rückwirkungen von Turbulenzen, Schwingungen und Pulsationen.
Die Reaktionskinetik beschreibt den zeitlichen Ablauf der Vorgänge, darunter Mischung, Zündung, Abbrand und Ausbrand. Schließlich werden Verbrennungsprozesse modelliert, also mithilfe vereinfachter wissenschaftlicher Beschreibungen abgebildet und untersucht.