Die Beschreibung der Turbulenz-Chemie-Wechselwirkung (TCW) bleibt in der Verbrennungswissenschaft trotz vielen Bemühungen noch eine offene Fragestellung. Es werden Modelle benötigt, um die nicht geschlossenen chemischen Quellterme zu schliessen, wenn die Reynolds-gemittelten oder gefilterten Navier-Stokes-Gleichungen für chemische Spezies in reaktiven Strömungen gelöst werden. "Finite-Rate'' (FR) Modelle sind diejenigen, bei denen keine Annahmen hinsichtlich der Strömung oder der Flamme getroffen werden. Es wird dann versucht, die tiefpassgefilterten Produktions- / Verbrauchsraten (im Fall von Large Eddy Simulation (LES)) direkt zu modellieren. In der Direkten Numerischen Simulation (DNS) werden jedoch alle Skalen der Strömung und der Chemie aufgelöst, und es ist keine TCW-Modellierung erforderlich. Die DNS-Daten reaktiver Strömungen mit relativ detaillierter Chemie, die dank großer paralleler Superrechner und Programmcodes mittlerweile verfügbar sind, können verwendet werden, um entweder grundlegende Einblicke in turbulente reaktive Strömungen zu erhalten oder TCW-Modelle direkt zu formulieren bzw. bewerten. Die Beurteilung erfolgt entweder durch a priori oder a posteriori DNS-Analysen.

In dieser Arbeit wurden unter Verwendung von DNS-Datenbank von nicht vorgemischten Jet-Flammen grundlegende Analysen der spektralen Eigenschaften (Geschwindigkeit und Dissipation der kinetischen Energiespektren) der Flamme und der inneren Intermittenz in dieser Flammenart durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend zur Entwicklung neuer FR-Verbrennungsmodelle für LES verwendet. Insbesondere wurde das Eddy-Dissipation-Konzept (EDC) durch Modifikation der Koeffizienten und des Intermittenzfaktors im Modell verbessert. Einerseits geht diese Modifikation aus einer theoretischen Basis hervor, die neuen Kenntnisse der spektralen Eigenschaften beinhaltet. Andererseits ergibt sich die Modifikation des Intermittenzfaktors von EDC aus einer direkten Anwendung der beobachteten Skalierung von Dissipationsschwankungen. Es wurde festgestellt, dass die Statistik der Geschwindigkeitsgradienten in der Nähe der Mittelebene der reaktiven Jets derjenigen von den nichtreaktiven Jets auf der Mittellinie einer Nachlaufströmung, einer gittererzeugten Turbulenz oder auch einer erzwungenen Box-Turbulenz folgt. Darüber hinaus wurden existierende "Scale Similarity'' (SS) Modelle für LES anhand der DNS-Daten a priori bewertet und neue dynamische SS Modelle, die auf der Germano Identität basieren, entwickelt und anhand der a priori DNS-Analyse weiter bewertet.