Experımental and numerıcal analysıs of premıxed flame characterıstıcs ın hydrogen enrıched LPG combustıon
Hidrojenle zenginleştirilmiş LPG yanmasında ön karışımlı alev özelliklerinin deneysel ve sayısal analizi
- Tez No: 940921
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 188
Özet
Bu çalışmada, artan enerji açığı ve enerji üretiminde kullanılan fosil yakıtların yetersizliği ile birlikte Irak'ın Paris İklim Anlaşması kapsamında karbon emisyonlarını azaltma taahhüdü göz önüne alınarak, gelecek dönemin gereksinimlerine uygun alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarının araştırılması gerekli hale gelmiştir. LPG (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı), çoğunlukla bütan (C₄H₁₀) ve propandan (C₃H₈) oluşan, yanıcı hidrokarbon gazlarının bir karışımıdır. Yemek pişirme, ısıtma, ulaşım ve sanayi ile tarım alanlarında sıklıkla enerji kaynağı olarak kullanılır. Irak, zengin doğal gaz rezervlerine sahip olması nedeniyle önemli bir LPG üreticisidir. LPG'nin büyük bölümü, ham petrolün rafine edilmesi ve doğal gazın işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde edilmektedir. Irak şu anda günde yaklaşık 5.000 ton, yılda ise 1,8 milyon ton LPG üretmektedir. Ancak bu ürün, Irak'ın enerji altyapısının ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde etkin bir biçimde kullanılmamaktadır. Hidrojen ise doğada bol miktarda bulunması, yenilenebilir olması, yüksek ısıl enerjiye sahip olması ve yanma sırasında karbon emisyonu üretmemesi gibi özellikleri nedeniyle umut verici bir yenilenebilir alternatif enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, saf hidrojenin yakıt olarak kullanılmasında bazı kısıtlamalar mevcuttur. Hidrojen üretim maliyetleri hâlâ yüksektir ve mevcut teknolojiler yüksek miktarda enerji tüketmektedir çünkü hidrojen bir enerji kaynağı değil, bir enerji taşıyıcısıdır. Saf hidrojenin yanması, gözle fark edilmesi zor olan ışıksız bir alev oluşturur. Ayrıca, hidrojenin tutuşma noktası çok düşük olduğu için kolaylıkla alev alabilir. Bu çalışmada, Irak LPG'sinin hidrojen ile zenginleştirilmesinin yanma karakteristiklerine ve ısıl performansına etkisi; fakir, stokiyometrik ve zengin yanma bölgelerinde deneysel ve sayısal yöntemlerle araştırılmış ve karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak, karşı akışlı tipte bir brülör kullanılmış ve hava-yakıt karışımı öniyici (premiks) olarak sağlanmıştır. Brülör inşa edilerek, pratik deneyler Irak'taki Bağdat Teknoloji Üniversitesi Yenilenebilir Enerji ve Enerji Teknolojileri Merkezi'nde gerçekleştirilmiştir. Sayısal simülasyonlar ise ANSYS Fluent yazılımı ile karşı akışlı dikey brülör geometrisinde ve öniyici alev modeli ile gerçekleştirilmiştir. Hidrojen oranı hacimce %0 ila %20 arasında, her seferinde %5'lik artışlarla değiştirilmiş; eşdeğerlik oranı 0.4 < φ < 1.4 aralığında tutulmuştur. Tüm deneyler 1 atm basınç ve 298 K sıcaklıkta yapılmıştır. Hidrojen zenginleştirmesi ve eşdeğerlik oranının; laminer yanma hızı, söndürme çapı, yanabilirlik limitleri, yanma verimliliği, sıcaklık ve alev ön yüzü çapına etkisi analiz edilmiş; deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, LPG'ye hidrojen ilavesiyle alev renginde belirgin değişim olduğunu göstermiştir. Hidrojen oranı arttıkça alevin rengi maviye dönmüş ve bu da yanma sıcaklığında yaklaşık 200 K'lik bir artışa ve %20 hidrojen oranında yanma hızında %230'a kadar çıkışa işaret etmektedir. Ayrıca, artan yanma hızı nedeniyle alev ön yüzünün çapı incelmiştir. Hidrojen konsantrasyonu %20'ye ulaştığında, özellikle laminer yanma hızı yaklaşık %230 artış göstermektedir. Ancak hidrojen ilavesi, yanma kararlılığı veriminde yaklaşık %0.1 ve alev kararlılık katsayısında %0.5 azalma meydana getirmekte; ayrıca karışım oranının ortalama dağılımını önemli ölçüde etkilemekte ve genel kararlılık bölgesini saf LPG'de 0.00172 m² iken %20 hidrojenle 0.00098 m²'ye düşürmektedir.
Özet (Çeviri)
Due to the growing global energy crisis, the depletion of fossil fuels, and Iraq's commitment to the Paris Climate Agreement, it has become essential to explore clean and renewable alternatives to conventional fuels. Hydrogen is recognized as a promising energy carrier thanks to its high energy content, zero carbon emissions during combustion, and wide flammability range. However, its standalone use is challenged by high production costs, low luminous flame visibility, and stability issues. Liquefied Petroleum Gas (LPG), abundantly available in Iraq, is another viable fuel, but it produces higher carbon emissions and has limited combustion stability when used alone. This study investigates the effect of hydrogen enrichment (0–20% by volume) on the combustion characteristics of Iraqi LPG using both experimental and numerical approaches. Experiments were conducted with a counterflow premixed burner under atmospheric pressure and ambient temperature (298 K), while numerical simulations were performed using ANSYS Fluent software. Key parameters analyzed include laminar burning velocity, flame temperature, quenching diameter, flammability limits, and flame front geometry across various equivalence ratios (φ = 0.4–1.4). The results revealed that increasing hydrogen content significantly improved combustion performance. At 20% hydrogen blending, the flame temperature increased by approximately 200 K, and the burning velocity rose by nearly 230%. The flame became visibly bluer and thinner, indicating enhanced thermal efficiency. However, a slight reduction in combustion stability and flame anchoring was observed. The stability region area decreased from 0.00172 m² (pure LPG) to 0.00098 m² with hydrogen enrichment. Also demonstrates the potential of hydrogen-enriched LPG as a clean, efficient, and locally available alternative fuel for power generation in Iraq. The findings provide valuable insights for future energy strategies aimed at reducing emissions while maintaining high combustion efficiency.
Benzer Tezler
- 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
- Experimental, computational and analytical studies towards apredictive scenario for a burning accident
Başlık çevirisi yok
FURKAN KODAKOGLU
- Sentetik gaz yanma karakteristiğinin incelenmesi
Investigation of combustion characteristics of syntetic gas
ORHAN VELİ KAZANCI
Doktora
Türkçe
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
- Ön karışımlı alevlerin modellenmesi ve is oluşumunun incelenmesi
Modeling of premixed flames and investigation of soot formation
NURİ ÖZGÜR AYDIN
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KOPAÇ