Nongray gas and nongray particle effects in modeling fluidized bed combustors
Gri-olmayan gaz ve gri-olmayan parçacık etkilerinin akışkan yataklı yakıcılarda modellenmesi
- Tez No: 520928
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖRKEM KÜLAH, PROF. DR. NEVİN SELÇUK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 523
Özet
Yanma sistemlerinde gerçekleşen ısı transferinin büyük kısmını yanma gazları ve katı taneciklerin katılımı ile oluşan ısıl ışınım oluşturmaktadır; bu nedenle gaz ve taneciklerin ışınım özellikleri önemli bir rol oynamaktadır. Düşük operasyonel sıcaklıklarına (750-950 ºC) karşın yüksek tanecik yükleri nedeni ile akışkan yataklı yakıcılarda (AYY) da ışınım hala baskın ısı transferi modu olmaktadır. Bu nedenle, benzer sistemlerde ışınım ısı transferinin modellenmesi yüksek önem arz etmekte olup bu modeller tanecik yüklü baca gazları için kesinliği ve CPU verimi yüksek özellik modellerine gereksinim duymaktadır. Gri-olmayan gaz davranışı, baca gazları için detaylıca çalışılmış olmakla birlikte gri-olmayan davranış tanecikler için sayıca çok az çalışmada incelenmiştir ve gaz ve taneciklerin gri-olmayan davranışlarının birlikte incelendiği çalışma sayısının daha da az olduğu görülmektedir. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, yanma ile ilgili incelemelere ışınım modelleri seçerken rehberlik edebilecek çıktılar sağlanmak üzere gri-olmayan gaz ve tanecikler için CPU verimliliği yüksek, kesinliği yüksek ve uyumlu ışınım özellik modelleri geliştirmek olarak belirlenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, birkaç çok boyutlu ışınım kodu geliştirilmiştir. Bu kodlar gri-olmayan gaz ve tanecik özelliklerini aynı anda hesaplayabilme özelliğine sahip olup özellik modellerini ışınım ısı akısı ve enerjisinin tespiti için ışınım transfer denklemlerine (ITD) entegre edebilmektedir. Yanma gazları ve tanecikleri için farklı ışınım özellikleri hesaplama yöntemlerinin yanma sistemleri koşullarında, özellikle AYY koşullarında, tahmin başarısı ve hesaplama verimliliği, referans çözümler ve deneysel verilerle kapsamlı bir çalışma içerisinde test edilmiştir. Karşılaştırmalar, gri-olmayan tanecik özelliklerinin karmaşık kırılma indeksinin tayfsal değişiminden kaynaklandığını ortaya koymuş ve gri-olmayan tanecik özelliklerinin yanma sistemlerinde ışınım ısı transferinin doğru hesaplanabilmesi için gerekli olduğunu göstermiştir. Ayrıca, kimyasal kompozisyonun gri-olmayan taneciklerin emme özellikleri, ısı akısı ve enerjisi üzerinde önemli bir etkisinin olduğu sonucuna varılmıştır. Taneciklerin toplam ışınım ısı transferi üzerindeki baskın etkisinin de tanecik kimyasal kompozisyonuna bağlı olduğu tespit edilmiş ve bu durumun yüksek tanecik yüklerinde dahi geçerli olduğu görülmüştür. Buna bağlı olarak, yanma gazlarının veya taneciklerinin gri-olmayan davranışlarının ihmalinin, yüksek tanecik yüklerinde dahi ışınım ısı akı ve ışınım enerjisi tahminlerinde önemli hatalara yol açabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Thermal radiation accounts for the majority of the heat transferred in combusting systems where it is constituted of the contributions from both participating gases and solid particles; hence gas and particle radiative properties play an important role. In spite of the lower operating temperatures (750-950 ºC), radiation is still predominant mode of heat transfer in fluidized bed combustors (FBCs) due to the presence of higher particle loads in the flue gas. Therefore, modelling of radiative heat transfer in such systems is of considerable importance and necessitates not only accurate but also computationally efficient methods for radiative property estimation of particle-laden combustion gases. Although extensive research has been carried out for non-gray behaviour of the flue gas, non-gray behaviour of particles has been investigated in limited number of studies, where only few involved both non-gray gas and non-gray particle properties. Therefore, ultimate objective of this study is to develop CPU efficient, accurate and compatible non-gray gas and non-gray particle radiative property models such that the outcome will provide guidelines when choosing radiation models for combustion related investigations. For that purpose, several multi-dimensional radiation codes have been developed, which can simultaneously take into consideration non-gray gas and non-gray particle property estimation techniques in conjunction with radiative transfer equation (RTE) for the determination of radiative heat flux and source term distributions. Predictive accuracy and computational efficiency of different radiative property estimation techniques for both participating combustion gases and particles are tested in one comprehensive study by benchmarking their predictions against reference solutions and measurements for the conditions relevant to combusting systems, particularly FBCs. Comparisons reveal that non-gray particle radiation is of significant importance for accurate calculation of radiative heat transfer in combusting systems and it is originated from the spectral nature of the complex index of refraction. Furthermore, it is shown that chemical composition has a significant effect on non-gray particle absorption properties as well as heat flux/source term predictions. It is also demonstrated that dominance of particle radiation in total radiative heat exchange is strongly dependent on particle chemical composition. Accordingly, particle radiation does not necessarily dominate total radiation even at high particle loads. Therefore, negligence of the non-gray behavior of either combustion gases or particles can lead to significant errors in both heat flux and source term predictions even at high particle loads.
Benzer Tezler
- Radiation modeling in an axisymmetric cylindrical enclosure containing a participating and radiatively nongray medium
Katılımcı ve gri olmayan bir ortam içeren eksenel simetri olan silindirik bir çevrede ışınım modellemesi
SERKAN ERGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN BEDİR
- The method of lines solution of discrete ordinates method for nongray media
Gri olmayan ortamlar için belirli yönler yönteminin çizgiler metoduyla çözümü
FATMA NİHAN ÇAYAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
PROF. DR. FARUK ARINÇ
- Radiative heat transfer modeling of cavities with inhomogeneous participating media using monte carlo ray tracing method
Homojen olmayan gaz karışımı içeren kavitelerin ışınımla ısı transferinin monte carlo ışın takibi yöntemi ile modellenmesi
SELİM DİNCER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER TARI
- Mathematical modelling of radiative heat transfer in participating media
Işınım ısı transferinin katılımcı ortamda modellenmesi
HAKAN ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARUK ARINÇ
- A non-iterative pressure based algorithm for the computation of reacting radiating flows
Tepkimeli ve ısıl ışımalı akışların hesaplanması için tekrarsız basınca dayalı algoritma
AHMET BİLGE UYGUR
Doktora
İngilizce
2007
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK
PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER