Computational analysis and experimental verification of premixed combustion of hydrogen methane/air mixtures
Önkarışımlı hidrojen metan/hava yakıtlarının yanmasının sayısal analizi ve deneysel doğrulanması
- Tez No: 256674
- Danışmanlar: PROF. DR. Z. SİBEL ÖZDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 193
Özet
Bu çalışmada, önkarışımlı hidrojen katkılı metan/hava alevleri fakir karışım koşullarında sayısal olarak incelenmiştir. Bu amaçla, Orleans ? ICARE (Fransa) enstitüsünde kurulu yüksek basınçlı yanma odası deney düzeneğinde ölçülen veriler temel alınarak deney düzeneği geometrisi iki boyutlu olarak modellendi. Modelleme çalışmaları çeşitli basamaklarla gerçekleştirlidi. İlk etapta, yanma odası içerisindeki soğuk akış alanı sayısal olarak hesaplandı. Bu modelleme çalışmasında, deneysel çalışmada olduğu gibi, akışkan olarak hava seçildi. Aynı zamanda, standart k-? türbülans modelinin deneysel verilerle en iyi uyumu gösteren versiyonu bu çalışmalarda belirlendi. İkinci aşamada, seçilen karışım oranlarında önkarışımlı metan/hava alevleri ile ilgili modelleme çalışmaları gerçekleştirildi. Alev boyu özellikleri, Zimont ve Uyumlu Alev Modeli (Coherent Flame Model) modelleri kullanılaraki araştırıldı. Bu çalışmanın üçüncü aşaması ise, hidrojen zenginleştirmesinin önkarışımlı alev istatistikleri üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. Tüm modelleme çalışmaları Fluent yazılımı ile gerçekleştirildi ve sonuçlar deveysel verilerle karşılaştırıldı. Deneysel çalışmalarda Bunsen tipi bir yakma ünitesi üzerinde sabitlenmiş önkarışımlı metan/hava ve hidrojen katkılı methan/hava alevlerinin istatististiksel özellikleri ölçülmüştür. Bu veriler soğuk hava koşullarında LDA tekniği ile, yanma koşullarında ise Rayleigh tomografi, Mie saçılımı ve PIV teknikleri ile elde edilmiştir. Son aşamada ise, basınç etkisinin önkarışımlı alev özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.Modelleme çalışmaları sonucunda fakir önkarışımlı metan/hava alevleri için karışım zengilik oranları arttırıldıkça alev yüksekliğinde ve alev kalınlığında azalma gözlenmiştir. Bunun yanında, metan/hava karışımlarının hidrojen ile zenginleştirilmesi, alev özelliklerinin değişmesine yol açmaktadır. Karışımda hacimsel olarak hidrojen oranını arttırıldığında, alev boyunun azalmakta ve alev kalınlığının incelmektedir. Çünkü, hidrojen eklenmesi ile karışım daha reaktif olmaktadır. Ayrıca, önkarışımlı alev özelliklerinin yüksek basınç şartlarında değiştiği de gözlenmiştir. Tatminkar sonuçlar elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Hydrogenated premixed methane/air flames under lean conditions are simulated in this study. The two-dimensional axisymmetric model of the high pressure chamber setup of Orleans - ICARE (France) has been developed. Then, the simulations have been performed in several stages. At first stage, the cold flow field inside the chamber setup is simulated by assuming air as working fluid as in experimental works. Meanwhile, the variant of the k-? turbulence model that shows the best agreement with experimental data has been determined in these studies. At the second stage, the simulations on the premixed methane/air flames at selected equivalence ratios are performed. The flame front properties are investigated by two turbulent premixed combustion models, namely Zimont and well-known Coherent Flame Model (CFM) models. The analysis of the influence of the hydrogen enriching on premixed flame front statistics is the third stage of this study. All modeling studies are performed with Fluent software and compared to experiments. Experimental results concern both turbulent premixed methane/air and hydrogenated methane/air flames stabilized on a Bunsen type burner; they are obtained by LDA for the cold and hot flow velocity statistics and by laser induced Mie scattering and Rayleigh tomography and PIV techniques for flame front statistics. Finally, the influence of the pressure on the premixed flame front statistics has been examined.The simulations show that the increase in the equivalence ratio results in the decrease in flame tip height and flame brush thickness for methane/air flames. On the other hand, enriching the methane-air mixture with hydrogen modifies the premixed flame front properties. When the volumetric percentage of hydrogen in the mixture is increased, the flame-end position is reduced and flame brush thickness becomes thinner due to operation with more reactive fuel/air mixtures. Furthermore, it is found that the premixed flame properties have been modified with operation at higher pressure conditions. Satisfactory results have been obtained.
Benzer Tezler
- Stress analysis by finite element method and experimental verification of some deformoble bodies
Şekli değiştirilebilir cisimlerin sonlu eleman yöntemi ile gerilim analizi ve deneysel doğrulaması
HALİL ERYÜREK
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. ERMAN TEKKAYA
- Sıkıştırmalı ateşlemeli motorlarda tasarım ve işletme koşullarına yönelik parametrelerin performans ve emisyona etkilerinin istatistiksel yöntemlerle incelenmesi
Investigation of the effects of engine design and operating parameters on performance and emissions of compression ignition engines by statistical methods
HALİL SARAÇOĞLU
Doktora
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ SALİM SÖĞÜT
- Development and experimental verification of the stiffness matrix of the hiphad haptic device
Hıphad haptık cihazının direngenlik matrisinin oluşturulması ve deneysel olarak doğrulanması
BARIŞ TANER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MEHMET İSMET CAN DEDE
- A coupled flow and chemical reactor network model for predicting gas turbine combustor performance
Gaz türbini yanma odası performansının tahmini için bir eşlenik akış ve kimyasal reaktör modeli
SEYFETTİN ERTAN HATAYSAL
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET YOZGATLIGİL
- Cogging torque and performance optimization of an interior permanent magnet synchronous motor used in commercial washing machines
Ticari çamaşır makinelerinde kullanılan gömülü daimi mıknatıslı senkron motorların tutunma momenti ve performans en uygunlaştırması
EGE ÜNLÜTEPE KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ