Flamme

Eine Flamme erhitzt die Luft und erzeugt Auftrieb.
Foto: Rainer Schwarz.

Flammen im Ofen.
Foto: BR

Mit dem Schweizbrenner können auch Schrauben gelöst werden. BR 0709

Als Flamme wird der Bereich brennender oder anderweitig exotherm reagierender Gase und Dämpfe bezeichnet, in dem Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert wird. 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 Strahlungsspektrum, 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 annehmen 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.

Dagegen 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 Strahlung energetisch tief liegender Resonanzübergänge (erster angeregter Zustand) zum Flammenleuchten bei, welche bei Feuerwerkskörpern ausgenutzt wird.

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 Dicyanoethin und Ozon bei 40 bar Druck und erreicht eine Temperatur von etwa 6.000 °C. Die theoretischen Verbrennungstemperaturen von Kohlenwasserstoffen mit Luft liegen um 2000°C.

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