Geri Dön

Laminer metan hava difüzyon alevinin modellenmesi

The Modelling of laminar methane-air diffusion flames

  1. Tez No: 83103
  2. Yazar: TUNCAY ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERHAN BÖKE
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 61

Özet

ÖZET Metan yanmasında seçilen reaksiyon mekanizma sayısının olabildiğince çok olması gerekir. Ancak bilgisayarla hesaplama zamanını oldukça arttıran bu saymın, etkili reaksiyon mekanizma sayısının azaltılabilmesi için önemlidir. Birinci bölümde kısaca temel reaksiyon tiplerinden bahsedildikten sonra metan hava difüzyon alevinde metan yanması için akış diyagramı verilmiştir. Ayrıca kimyasal kinetik modellemelerde farklı araştırmacıların kullandıkları mekanizmalardan bahsedilmiştir. İkinci bölümde metan hava yanmasının sayısal çözümleri incelenerek, metanın yanması sırasında gerçekleşen önemi yüksek olan reaksiyon adımları incelenmiştir. Sonuçlar üzerinde etkisi az olan mekanizmalar ihmal edilerek, metan yanmasını karakterize eden reaksiyonların en az sayısı bulunmaya çalışılmıştır. Kararlı hal ve kısmi denge yaklaşımları yapılarak elde edilen bağıntılar kullanılarak reaksiyon hızları bulunmuştur. Üçüncü bölümde difüzyon alevine dört adımlı mekanizmanın uygulanması için etkili denklemler tanımlanmıştır. Süreklilik, Momentum, Bileşenler ve Enerjinin korunumu denklemleri yazılarak, bu denklemlerin hangi yöntemlerle çözüleceğine dair bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde ise korunum denklemlerinin çözülmesi neticesinde, sıcaklığa ve hız gradyenine bağlı olarak bileşenlerin mol oranlan değişimi, kimyasal üretim hızlan, üretilen enerji miktan ile difüzyon hız katsayılarının değişimi irdelenmiştir. ıx

Özet (Çeviri)

THE MODELLING OF LAMINAR METHANE-AIR DIFFUSION FLAMES SUMMARY Combustion can occur in either a flame or nonflame mode, and flames in turn are categorized as being either premixed flaines or nonpremixed ( diffasion ) flames. The two classes of flaines, premixed and nonpremixed are related to the state of mixedness of the reactants, as suggested by their names, In a premixed flame, the fuel and the oxidizer are mixed at the moleculer level prior to the occurrence of any significant chemical reaction. Contrarily, in a diffusion flame, the reactant are initially separaten, and reaction occurs only at the interface between the fuel and oxidazor where mixing and reaction both take place. The term“Diffusion ”applies strictly to the molecular diffusion of chemical species, fuel molecules diffuse toward the flame from one direction while oxidazor molecules diffuse toward the flame from the opposite direction. The elementary reactions are classified as Bimolecülar, Termolecular, Recombinations and Chain reactions. The collection of elementary reactions necessary to describe on overall reaction is called a reaction mechanism. Reaction mechanism may involve only a few steps (i.e., elementary reactions ) or as many as several hundred. A field of active research involves selecting the minumum number of elmentary steps necessary to describe a particular global reaction. By examining numerical solutions of methane flames, it is possible to see major steps by which the methane is oxidized. The result of this analysis may be summarized as follows: CH4+H^CH3+H2 CH4 + OH -+CH3 +H20 CH3+0-*CH20+H CH20 + H^CH0 + H2 CH20 + OH -+CHO + H20 CHO + H-+CO+H2 CHO + M^CO + H + M CHO +02 -> CO + H02 CO + OH ^ C02 + H H + 02i? OH + O 0 + H2 t» OH + H 0H + H2^H20 + H OH + OH^H20 + 0 H + 02+M^H02 + MH + OH + M-»H20 + M H + H02^OH + OH H + H02 - H2 + 02 OH + H02-»H20 + 02 The general balance equation for a reactive species may be written in terms of ; Yi =Yi/Mias L(Yi) = Wi=£ (Vi,k“ -vi;k>k where the operator L is defined as L(Yi)=p5yi/8t + pvj5yi/5xj + 8/8^(^/141) The ”steady state " assumption is valid if the reactions by which an intermediate species is formed are slower than those by which it is consumed. Eliminating the reaction R3, R4, R7, Rll, R12, and R17, we find the following combinations, where the terms in square brackets can be neglected; L(tH) + [ L(f oh) + 2L(t0) -L(?ch3) + L(tcHo) - L(?H2o) = -2wr2w2 -2w5 -2w8 + 2w10 -2wM -2w15 +2w16 L(Yh2) + [ -L(Y0H) -2L(t0) + 3L(Ych3) +L(f ch2o) +L(tH02)]= 4w,+ 4w2+w6+w8+w9 -3w10+w14+Wi5-3w16 L(Y02) +[L(YH02)] = -Wio - Wi6 L(Yh2o) + |L(Yoh)+L(Yo)-L(Yh3)] = -wi -w2 -w9 +2wio +2wi6 L(Yco) +[L(Ych3)+L(Ych2)+L(Ycho)] = Wi + w2 - w9 L(Yco2) = w9 L(YcH4) = -Wi-W2 It is interesting to note that only 9 of the original 18 elementary reactions remain in this scheme, the reactions R5, R13 and R18 having the same effect as the corresponding parallel reactions R14, R12, R17, which eliminated. The stoichometric coefficient lead to the following set of global reactions: CH4 + H20 +2H -> CO + 4H2 CO + H2O^C02+H2 2H + M->H2 + M 3H2 + 02 s? 2H20 + 2H The rates of the global reactions are given in terms of the rates of the elemantary reactions by the following expressions: Wi=Wi +w2 wn=w9 Win = W6 + W8 + W14 + W15 Wiv = Wio + Wi6 XIThe incompressible, inviscid flow in the vicinity of a Stagnation point (x=0, y=0 ) on a porous cylinder is described by, ue =ax, ve = -ay, where x and y are the coordinates parallel and perpendicular to the burner surface respectively, ue and ve are the corresponding velocity components ( the index e indicates the edge of the boundary layer ) and a is the velocity gradient. From Bernoulli's equation the local streamwise pressure gradient can be written as 8p/8x =-peuea The flowfield described above is impressed upon the viscous chemically reacting boundery layer near the stagnation point; u - > ue as y - * oo and the pressure gradient in the boundary layer is given by Bernoulli's equation. The equations describing the boundary layer flow are given below. Continuity : Spu / 8x + 8pv / 8y = 0 Momentum : pu ( 8u / 8x ) + pv( 8u / 8y ) - pe ue a = 8 / Sy ( \i&u I Sy ) Species : pu ( 8Yi / 8x ) + pv ( dY{ 1 8y ) = -8 / Sy ( pY; Viy ) + mi Mi Energy : pucp ( 8T / 8x ) +pvcp ( 8T / 8y ) = 8 / 8y ( X8T / 8y ) - 1 mi Mihi -Epcpi Yi Viy8T / 8y It is convenient to introduce dimensionless velocities f ' and V and the density- weighted coordinate n: f = u/ue V =. pv I PeHe*j 10-7rl,75 Dj,= MjM{ 1,013 p&r+Tvr} Mixture conductivities are computed using the simple ampirical mixture formula; 2 IM ?i+- i=\ '=1 Mixture viscocities are computed by Wilke's formula;,-t-^- ;=1 xmf 1 + M,.,-1/2 V M i J 1 + 1/4 Y After the solving conservation equations by using methods of Runge-Kutta, find the mole fraction of species depend on temperature for CHU, CH3, CO, H2, O2 and H2O species obtained data about mole fraction, diffusion coefficient and produced energy, investigated effects on results changing the initial values for species except CH4 and O2 in rate gradient and initial cases. XIV

Benzer Tezler

  1. Tez No

    455434

    Investigation of bioparticle separation in microfluidics using micropillar arrays

    Direk diziler kullanılarak mikro akışkanlardaki biyoparçacık ayrıştrılmasının araştırılması

    REZA DARYANI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ

  2. Tez No

    874190

    Experimental and numerical investigation of electrohydrodynamic based active micromixer

    Elektro-hidrodinamik aktif mikrokarıştırıcıların deneysel ve nümerik incelenmesi

    İREM BAHAR GÜL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT TRABZON

  3. Tez No

    21981

    Doğal gaz yanmasında NOx emisyonu

    NOx emissions in natural gas combustion

    ÜMİT ZAFER ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1992

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF. DR. AHMET ARISOY

  4. Tez No

    781035

    Laminar flame propagation studies in a spherical combustion chamber; experimental and numerical approaches

    Küresel yanma odasında laminer alev yayılım çalışmaları; deneysel ve sayısal yaklaşımlar

    TAHSİN BERK KIYMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET YOZGATLIGİL

    PROF. DR. İSKENDER GÖKALP

  5. Tez No

    436155

    Dikdörtgensi bir kanal ile kuşatılmış silindirik bir çubuk üzerinde sabitlenmiş önkarışımlı laminer alevin deneysel incelenmesi

    Experimental investigation of a premixed laminar flame stabilized on a cylindrical rod confined in a rectangular duct

    GÖRKEM ÖZTARLIK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Havacılık MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SITKI USLU

    PROF. DR. THIERRY POINSOT

Geri Dön