Laminar flame propagation studies in a spherical combustion chamber; experimental and numerical approaches
Küresel yanma odasında laminer alev yayılım çalışmaları; deneysel ve sayısal yaklaşımlar
- Tez No: 781035
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET YOZGATLIGİL, PROF. DR. İSKENDER GÖKALP
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
CO2 salımlarını azaltmak için yanma ve yakıt hücresi uygulamaları ile kullanılabilen bir enerji taşıyıcısı olan hidrojene olan ilgi artmaktadır. Yanma uygulamalarında %100 hidrojen kullanımı teknolojik ve lojistik açılardan henüz olgunlaşmamış olup, hidrojen üretimi, iletimi ve dönüşümü ile bağlantılı altyapılarda önemli yenilemeler yapılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, hidrojenin doğal gaz ile karıştırılması bu süreçte bir ön yaklaşım olmaktadır. Bu çalışma, küresel bir yanma odasında doğal gaz-hava ve doğal gaz-hidrojen-hava ön karışımlarının laminer alev yayılımını deneysel ve sayısal olarak incelemektedir. %20 ye varan hidrojen ilave oranları, fakir ve stokiyometrik koşullar için atmosferik koşullarda araştırılmıştır. Laminer alev yayılımını araştırmak üzere küresel bir yanma odası tasarlanmış, imal edilmiş ve devreye alınmıştır. Deneyler 1 barda ve 288±2K da yapılmıştır. Deney düzeneği başlıca, yüksek basınçlı bir yanma odasından, yakıt besleme sisteminden, Schlieren görüntüleme sisteminden ve alev görüntülerinin kaydedilmesi için kullanılan hızlı video kamerasından oluşmaktadır. Elde edilen görüntüler anlık alev yarıçapını elde etmek için işlenmiştir. Ölçülen gerilmiş laminer yanma hızlarından gerilmemiş olanları tahmin etmek için lineer yaklaşım kullanılmıştır. İncelenen karışımlar için elde edilen laminer alev hızları, literatür sonuçları ve 1 ve 2 boyutlu sayısal hesaplamalar ile karşılaştırılmıştır. Yakıta hidrojen ilavesiyle doğal gaz-hava karışımlarının laminer alev hızlarının arttığı gözlenmiştir. Ayrıca, laminer sınır tabaka alev geri tepme süreci sayısal olarak incelenmiştir. 300K ve 600K yakıcı çeper sıcaklıkları ve metan-hava karışımına %20 ye kadar hidrojen ekleme oranları için 2 boyutlu hesaplamalar yapılmıştır. Laminer alev geri tepme sınırları hesaplanmış ve artan çeper sıcaklığı ve artan hidrojen ekleme oranı ile alevin geri tepme eğiliminin arttığı bulunmuştur. Karışıma hidrojen ilavesiyle söndürme mesafesinin azaldığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Global interest in hydrogen as an energy carrier for combustion and fuel cell applications to reduce CO2 emissions is expanding. However, the use of 100% hydrogen in combustion applications is still technologically and logistically immature, necessitating substantial adjustments to infrastructures linked to hydrogen generation, transfer, and conversion. Thus, blending hydrogen is considered as a preliminary approach on this transition. This work investigates laminar flame propagation of natural gas - air and natural gas - hydrogen - air premixtures in a spherical combustion chamber, both experimentally and numerically. H2 addition rates up to 20% are investigated at atmospheric conditions for lean and stoichiometric conditions. A spherical combustion chamber is designed, manufactured, and commissioned to investigate spherical laminar flame propagation. Experiments were performed at 1bar and at 288 ± 2K. The experimental setup consists of a high-pressure combustion chamber, a Schlieren visualisation system and a high-speed video camera for flame images recording. Captured images are post processed to obtain flame radius in each frame. Linear methodology is used to extrapolate the experimentally measured stretched laminar burning velocities to the unstretched ones. The laminar flame speeds of the investigated mixtures are compared with the literature results and 1D and 2D numerical simulations. It is shown that the laminar flame speeds of NG-air mixtures increase with hydrogen addition to the fuel. Additionally, laminar boundary layer flame flashback is investigated numerically. 2D transient computations were performed up to 20% hydrogen addition rate into methane-air mixtures for 300K and 600K wall temperatures. Laminar flashback limits were calculated; it is found that flashback propensity increases with increasing wall temperature and increasing hydrogen addition rate. The quenching distance decreases with hydrogen addition to the mixture.
Benzer Tezler
- Üzerinde hava akımı olan, yatay yakıt yatağındaki alevsiz yanmanın incelenmesi
Smoldering combustion in a horizontal fuel layer which is object to an air flow above fuel bed
YUSUF ERDEM ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERHAN BÖKE
- Effects of different combustion chamber geometries on turbulent flame speed
Turbulans alev hızında farklı yanma odası geometrilerinin etkisi
SAADET ATAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Fundamental understanding of turbulent combustion in droplet-laden mixtures using direct numerical simulations
Damlacık yüklü karışımlarda türbülanslı yanmanın direk sayısal analiz yöntemi kullanılarak incelenmesi
GULCAN OZEL EROL
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiUniversity of Newcastle upon TyneMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NILANJAN CHAKRABORTY
- Computer aided combustion modeling for comprehensive kinetics and transport in the gas phase
Gaz fazında detaylı kinetik ve transport için bilgisayar destekli modelleme
AKIN GÖĞÜŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET N. ERASLAN
- Numerical simulation of laminar reacting flows
Kargaşasız reaksiyonlu akışların sayısal benzetişimi
TANIL TARHAN
Doktora
İngilizce
2004
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN SELÇUK