Doğalgaza farklı seviyelerde hidrojen katılmasının bir kombi ısıtıcısının emisyonları ve performansı üzerindeki etkisinin teorik analizi
Theoretical analysis of the effects of different levels of hydrogen addition to natural gas on the emissions and performance of a combi heater
- Tez No: 1009605
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN MENLİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel enerji dönüşümü sürecinin hız kazanmasıyla birlikte, fosil yakıt bağımlılığının azaltılması ve sera gazı emisyonlarının sınırlandırılması günümüzün en kritik mühendislik problemleri arasında yer almaktadır. Bu bağlamda, temiz enerji taşıyıcısı olarak önemi artan hidrojen, mevcut enerji altyapısına entegrasyonu açısından önemli bir araştırma alanı oluşturmaktadır. Bu çalışmada, hidrojenin doğalgaza belirli oranlarda karıştırılmasının bir kombi ısıtıcısının yanma karakteristiği, emisyon performansı ve malzeme uyumluluğu üzerindeki etkileri araştırılmış ve sistem performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, bir yanma odası geometrisi referans alınarak, farklı ısıl güç seviyeleri ve hava fazlalık katsayıları altında hidrojen-metan kompozit yakıtının yanma süreçleri sayısal olarak incelenmiştir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tabanlı yazılım kullanılarak gerçekleştirilen modellemede, türbülanslı akış koşulları ve kimyasal reaksiyon mekanizmaları birlikte ele alınmıştır. Bu çerçevede, yanma odası içerisindeki sıcaklık dağılımları, hız alanları ve NOₓ oluşum bölgeleri sistematik bir yaklaşımla modellenmiştir. Hidrojenin yüksek reaksiyon hızı, geniş tutuşma sınırları ve düşük karbon içeriği, yanma verimini artırırken karbon kaynaklı emisyonların önemli ölçüde azaltılmasına katkı sağlamıştır. Sayısal analizler sonucunda, hacimsel hidrojen oranının %0'dan %40'a yükselmesiyle maksimum alev sıcaklığının %5 oranında arttığı, CO₂ emisyonlarının %59 azaldığı, buna karşın NOₓ emisyonlarının 15,93 ppm'den 58,57 ppm'e yükseldiği belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, ısıl verimi artıran ve uluslararası standartlara uygun Wobbe indeksi değerine sahip hacimsel %20 hidrojen karışım oranı, mevcut sistem bileşenlerinde yapısal modifikasyon gerektirmeksizin uygulanabilecek optimum çalışma noktası olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
With the acceleration of the global energy transition, reducing fossil fuel dependency and limiting greenhouse gas emissions have become among the most critical engineering challenges of our time. In this context, hydrogen, which is gaining importance as a clean energy carrier, constitutes a significant research area in terms of its integration into existing energy infrastructure. In this study, the effects of blending hydrogen with natural gas at various ratios on the combustion characteristics, emission performance, and material compatibility of a combi boiler were investigated, aiming to improve system performance. Within the scope of the study, the combustion processes of hydrogen-methane composite fuel were numerically examined under different thermal power levels and excess air coefficients, using a combustion chamber geometry as reference. In the modeling performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) based software, turbulent flow conditions and chemical reaction mechanisms were considered together. Within this framework, temperature distributions, velocity fields, and NOₓ formation zones within the combustion chamber were modeled through a systematic approach. The high reaction rate, wide flammability limits, and low carbon content of hydrogen contributed to increasing combustion efficiency while significantly reducing carbon-based emissions. As a result of numerical analyses, it was determined that increasing the volumetric hydrogen ratio from 0% to 40% led to a 5% increase in maximum flame temperature and a 59% reduction in CO₂ emissions, whereas NOₓ emissions increased from 15.93 ppm to 58.57 ppm. Consequently, the volumetric 20% hydrogen blend ratio, which enhances thermal efficiency and possesses a Wobbe index value compliant with international standards, was identified as the optimum operating point that can be implemented without requiring structural modifications to existing system components.
Benzer Tezler
- Lıfe cycle assessment of green hydrogen productıon vıa electrolysıs
Elektroliz yoluyla yeşil hidrojen üretiminin yaşam döngüsü değerlendirmesi
HAKAN ÇAMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI İŞLER KAYA
- Assessment of green hydrogen production and hybrid renewable energy system for seasonal residential area
Mevsimlik yerleşim alanı için yeşil hidrojen üretimi ve hibrit yenilenebilir enerji sisteminin değerlendirilmesi
OĞUZHAN HAHOLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Geliştirilen bir yakıcıda kömür gazlarının yanma karakteristiklerinin deneysel ve sayısal olarak araştırılması
Experimental and numerical investigations of combustion characteristics of coal gases in a developed combustor
SERHAT KARYEYEN
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ
- Development of heat rejection prediction methodology for selection of cooling elements in diesel engines
Dizel motorlarda soğutma elemanlarının seçimi için ısı atımı tahmin metodolojisinin geliştirilmesi
EMRE EPGÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
DR. EMRE ÖZGÜL
- Metan-hidrojen ön karışımı kullanılan bir dizel motorda sıkıştırma oranı ve yakıt kompozisyon etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of effect of compression ratio and fuel composition in a port fuelled methane-hydrogen diesel engine
ALİ ŞANLI
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÜMÜŞ