Investigation of the effect of 2nd generation biodiesel (JOJOBA) on jet engine responses by ANSYS
İkinci nesil biyodizelin (JOJOBA) jet motoru yanıtlarına etkisinin ANSYS ile incelenmesi
- Tez No: 1019319
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SAMET USLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık sektörünün karbondan arındırılmasına yönelik acil ihtiyaç, özellikle yenilebilir olmayan hammaddelerden elde edilen ikinci nesil biyodizel yakıtlar olmak üzere, Sürdürülebilir Havacılık Yakıtları (SAF) üzerine yapılan araştırmaları yoğunlaştırmıştır. Bu tez, jojoba bazlı ikinci nesil biyodizelin tipik bir jet motoru yanma odasının yanma performansı, akış dinamikleri ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkilerini kapsamlı bir hesaplamalı incelemeyle ele almaktadır. Birincil amaç, gelişmiş sayısal simülasyonlar kullanılarak geleneksel Jet-A yakıtına karşı titiz bir karşılaştırmalı analiz yapmaktır. Üç boyutlu, girdapla stabilize edilmiş bir yanma odası geometrisi modellenmiş ve ANSYS Fluent kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Karmaşık, geri dönüşümlü akış alanını yakalamak için gerçekleştirilebilir bir k-ε türbülans modeli ile Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) yaklaşımı kullanılmıştır. Yanma süreci, hem Jet-A (n-dodekan) hem de Jojoba metil esteri için doğrulanmış vekil mekanizmalar kullanılarak, sonlu oranlı kimya ile birleştirilmiş Girdap Dağılım Kavramı (EDC) modeli kullanılarak modellenmiştir. Yakıt püskürtme atomizasyonu, parçalanması ve buharlaşmasını simüle etmek için, her bir yakıtın farklı termofiziksel özelliklerini (viskozite, yoğunluk, yüzey gerilimi) açıkça içeren bir Lagrangian Ayrık Faz Modeli (DPM) uygulanmıştır. Yanma verimliliği, alev sıcaklığı dağılımı ve karbondioksit (CO2), karbonmonoksit (CO), yanmamış hidrokarbonlar (UHC ve CH4) ve azot oksit (NOx) emisyonları dahil olmak üzere temel performans ölçütleri, aynı yüksek güç çalışma koşulları altında niceliksel olarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, önemli ve karmaşık bir çevresel dengeyi ortaya koymaktadır. Jojoba biyodizel, oksijenli, aromatik içermeyen moleküler yapısı nedeniyle üstün yanma verimliliği ve önemli ölçüde azalmış kurum oluşumu eğilimi göstermektedir. Ancak, bu daha temiz yanma, Jet-A'ya kıyasla tahmin edilen NOx emisyonlarında iki kattan fazla ciddi bir artışa yol açmaktadır. Bu“(NOx)-kurum paradoksu”, kurum içermeyen biyodizel alevinden kaynaklanan radyatif ısı kaybının azalmasıyla mekanik olarak açıklanmaktadır; bu da Zeldovich yoluyla termal NOx oluşumunu katlanarak hızlandıran daha yüksek yerel gaz sıcaklıklarına neden olur. (CO2) ve (H2O) molar emisyonlarının enerji girdisi birimi başına eşdeğer olduğu ve benzer enerji dönüşüm verimliliğini doğruladığı görülürken, Jojoba biyodizelinin daha yüksek viskozitesinin daha büyük bir damlacık Sauter Ortalama Çapı (SMD) ürettiği, daha yaygın, genişlemiş bir alev yapısına yol açtığı ve potansiyel olarak düşük yanma marjlarını etkilediği bulunmuştur. Çalışma, Jojoba biyodizelinin Jet-A için basit bir“tak-çalıştır”alternatifi olmadığını, aksine farklı bir performans profiline sahip bir yakıt olduğunu sonucuna varmaktadır. Başarılı bir şekilde benimsenmesi, yanma odasının yeniden tasarımı (örneğin, optimize edilmiş hava püskürtmeli atomizörler, yeni hava kademeleme şemaları) veya NOx dezavantajını azaltırken önemli kurum azaltımı ve yaşam döngüsü karbon faydalarından yararlanmak için geleneksel yakıtlarla stratejik karıştırma dahil olmak üzere sistem düzeyinde bir yaklaşım gerektirir. Bu çalışma, gelişmiş (SAF'ler) için ön değerlendirme için kritik, doğrulanmış bir hesaplama çerçevesi sunarak, gelecekteki deneysel çalışmalara ve yeni nesil, biyoyakıt optimize edilmiş tahrik sistemlerinin geliştirilmesine rehberlik edecek temel mekanistik bilgiler sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The urgent need to decarbonize the aviation sector has Intensified research Into Sustainable Aviation Fuels (SAFs), particularly second-generation biodiesels derived from non-edible feedstocks. This thesis presents a comprehensive computational investigation into the effects of blending Jojoba-based second-generation biodiesel on the combustion performance, flow dynamics, and emission characteristics of a typical jet engine combustor. The primary objective is to conduct a rigorous, comparative analysis against conventional Jet-A fuel using advanced numerical simulations. A three-dimensional, swirl stabilized combustor geometry was modelled, and computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed using ANSYS Fluent. A Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach with a realizable k-ε turbulence model was employed to capture the complex, recirculating flow field. The combustion process was modelled using the Eddy-Dissipation Concept (EDC) model coupled with finite-rate chemistry, utilizing validated surrogate mechanisms for both Jet-A (n-dodecane) and Jojoba methyl ester. A Lagrangian Discrete Phase Model (DPM) was Implemented to simulate fuel spray atomization, breakup, and evaporation, explicitly incorporating the distinct thermophysical properties (viscosity, density, surface tension) of each fuel. Key performance metrics, including combustion efficiency, flame temperature distribution, and emissions of carbon dioxide (CO₂), carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC, using CH₄ as a proxy), and nitrogen oxides (〖NO〗_x), were quantitatively evaluated under identical high-power operating conditions. The results reveal a significant and complex environmental trade-off. Jojoba biodiesel demonstrates superior combustion efficiency and a substantially reduced propensity for soot formation, attributable to its oxygenated, aromatic-free molecular structure. However, this cleaner combustion leads to a drastic increase in predicted (〖NO〗_x) emissions—by over two orders of magnitude—compared to Jet-A. This“(〖NO〗_x)-soot paradox”is mechanistically explained by reduced radiative heat loss from the soot-free biodiesel flame, resulting in higher local gas temperatures that exponentially accelerate thermal 〖(NO〗_x) formation via the Zeldovich pathway. While molar emissions of (CO₂) and (H₂O) were equivalent per unit of energy Input, confirming similar energy conversion efficiency, the higher viscosity of Jojoba biodiesel was found to produce a larger droplet Sauter Mean Diameter (SMD), leading to a more diffuse, extended flame structure and potentially affecting lean blow-out margins. The study concludes that Jojoba biodiesel Is not a simple“drop-In”replacement for Jet-A but rather a fuel with a distinct performance profile. Its successful adoption requires a systems-level approach, including combustor redesign (e.g., optimized air-blast atomizers, novel air staging schemes) or strategic blending with conventional fuels to mitigate the (〖NO〗_x) penalty while leveraging its significant soot-reduction and lifecycle carbon benefits. This work provides a critical, validated computational framework for the preliminary assessment of advanced (SAFs), offering essential mechanistic insights to guide future experimental campaigns and the development of next-generation, biofuel optimized propulsion systems
Benzer Tezler
- İkinci nesil jojoba biyodizeline farklı türlerde nanoparçacık ilavesinin motor performans ve emisyonuna etkisinin incelenmesi ve yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu
Investigation of the effect of addition of different types of nanoparticles to second generation jojoba biodiesel on engine performance and emission and optimization by response surface method
ARİF SAVAŞ
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAMET USLU
- Biogas recovery during anaerobic treatment of lignocellulose-rich pollutants with high sulphate content: an investigation via innovative applications
Yüksek sülfat içerikli lignoselüloz bakımından zengin kirleticilerin havasız arıtımı sırasında biyogaz geri kazanımı: yenilikçi uygulamalarla bir araştırma
EDA YARSUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ
- Uzun etkili intramüsküler antipsikotik tedavisinin klinik değişkenler ve psikotrop ilaç kullanımına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of long acting intramuscular antipsychotic treatment on clinical variables and psychotropic drug use
BEGÜM ESER UYAR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
PsikiyatriMersin ÜniversitesiRuh Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KEMAL YAZICI
- Francis türbini yayıcısındaki girdap oluşumunun etkisini azaltma yöntemlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleriyle incelenmesi
Investigation of methods to mitigate the effect of vortex formation in the francis turbine draft tube with computational fluid dynamics analysis
KAĞAN ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER
- Sıçan femuru kırık modelinde sefaleksinin kemik iyileşmesine olan etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of cephalexin on bone healing in the rat femur fracture model
MUHAMMED USLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2021
Ortopedi ve TravmatolojiSağlık Bilimleri ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR YÜKSEL