Numerical and experimental investigation of swirl-stabilized flames using natural gas-hydrogen-air mixtures
Doğal gaz-hidrojen-hava karışımları kullanan girdaplı alevlerin numerik ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 929579
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET YOZGATLIGİL
- 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: 122
Özet
Günümüzde tüm dünyada sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak hidrojen kullanımı konusundaki araştırmalar her geçen gün artmaktadır. Bunun sebebi, hidrojenin enerjiye çevrildiğinde CO2 salmamasıdır. Dünya çapında karbon ve diğer zararlı gaz emisyonları ile ilgili düzenlemeler giderek daha da katılaştığından hidrojen yakabilen yakıcı tasarımına ihtiyaç da önem kazanmaktadır. NOx gibi zararlı emisyonlar da bu katı düzenlemelere tabi tutulduğundan zararlı emisyonları en düşük seviyeye indiren hidrojen yakıcı tasarımlar aynı şekilde önemlidir. Bu tezde, doğal gaz ve hidrojen karışımları, kısmi ön karışımlı girdaplı yakıcılarda yakıt olarak kullanılmıştır. Oluşan alevler deneysel ve nümerik metotlar kullanılarak araştırılmıştır. Araştırma sırasında farklı oranlarda gaz karışımları incelenmiştir. Deneyler, başlangıçta tamamı doğal gazdan oluşan yakıta gitgide artan oranlarda hidrojen ekleme yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Hidrojen eklemenin alev yapısı ve kararlılığına etkisini incelemek için kemilüminesans görüntüleme yöntemi kullanılmıştır. Deneyler boyunca toplam debi sabit bırakılmıştır. Deneyler sırasında hidrojen oranı, alev kararlılığı kaldırılmış alevden boruya yapışan alev haline gelene dek artırılmıştır. Kaldırılmış alevin boyutları ve kararlılığındaki değişim de nümerik simülasyonlar kullanılarak incelenmiştir. Simülasyonlarda büyük burgaç benzetimi kullanılmıştır. Hem deneysel hem de sayısal sonuçlar, yakıt içindeki hidrojen hacimsel oranının artmasının, alevin yanıcıya doğru alçalmasına ve küçülmesine neden olduğunu göstermektedir. Ayrıca kararlılık modu değişikliği hem deneysel hem de sayısal sonuçlarda gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Across the world, the interest in hydrogen as a sustainable fuel and an energy carrier is on the rise. This is because hydrogen does not emit CO2 when converted into energy. Since global regulations on carbon and other harmful gas emissions are becoming more and more strict as time goes on, the necessity of combustor designs capable of burning hydrogen is becoming more relevant. Since other harmful emissions like NOx are subject to regulations as well, hydrogen burner designs that minimize such emissions too are also becoming equally necessary. In this thesis, an investigation was conducted using natural gas and hydrogen mixtures as fuel with a partially premixed swirl-stabilized burner using a combination of experimental and numerical methods. Throughout the study, fuel mixture composition variations were explored. Experiments involved gradually adding hydrogen to the fuel mixture initially consisting solely of natural gas. Chemiluminescence imaging was employed to analyze the impact of hydrogen addition on the global flame structure and stability. The total volumetric fuel flow rate remained constant throughout the experiments. Investigations continued until a certain volumetric hydrogen ratio in the fuel (H2VOL%) was reached, causing the transition of the flame stabilization mode. The changes in the dimensions of the lifted flame and the stabilization mode were also examined using numerical simulations. Simulations employed StarCCM+ 22.06 software, incorporating the Large Eddy Simulation (LES) turbulence model, Flamelet Generated Manifold (FGM) combustion model, and the Thickened Flame Model (TFM) for turbulence-chemistry interactions. Both experimental and numerical results show that increasing the H2VOL% causes the flame to lower towards the burner and get more compact. Additionally, the stabilization mode change was observed in both experimental and numerical results.
Benzer Tezler
- Non-reacting flow characteristics of a novel bluff body and swirl-stabilized partially premixed combustor
Yeni geliştirilen kısmi karışımlı bir yakıcının soğuk akış karakteristikleri
YUNUS EMRE KARASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Impact of hydrogen addition on combustion characteristics in a swirl-stabilized partially premixed combustor
Gırdaplayıcı içeren kısmi karışımlı yanma odasına hidrojen ilavesinin yanma karakteristiklerine etkisi
TUĞBA KARASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Investigating the effects of hydrogen enrichment in a partially premixed methane-air flame
Kısmi karışımlı metan-hava alevinde hidrojen zenginleştirmesinin etkilerinin incelenmesi
MEHMET KAĞAN ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Development of a lattice boltzmann based flow solver for large eddy simulation of turbulent flows
Türbülanslı akışların büyük girdap benzetimi için lattice boltzmann temelli akış çözücüsü geliştirilmesi
ALİHAN ATİLLA ÇINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Akım düzenleyicilerin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow conditioners
AHMET ÇAĞRI BİLİR
Doktora
Türkçe
2023
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURTEN VARDAR