Combustion performance analysis of hydrogen-enriched methane in a custom-designed burner
Hidrojenle zenginleştirilmiş metanın özel tasarlanmış bir brülörde yanma performansının analizi
- Tez No: 961115
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKHAN TÜCCAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Artan küresel enerji talebi ve çevresel kaygılar nedeniyle, saf hidrojenin olumsuz yanma etkileri göz önünde bulundurularak, hidrojen gazının konvansiyonel yakıtlarla farklı oranlarda karıştırılması yoluyla optimum yanma koşullarının sağlanmasına yönelik çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, özel olarak tasarlanmış bir brülör içerisinde metan gazı ile gerçekleştirilen yanma sürecine, ön karıştırma yapılmaksızın farklı konsantrasyonlarda hidrojen ilavesinin alev karakteristikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Analizler, ANSYS Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ile gerçekleştirilmiş; elde edilen sonuçlar yapay sinir ağı (YSA) yöntemi ile yorumlanarak tahmin edilmiştir. Bu kapsamda, CH4 gazı ile %0 ila %30 arasında, %2.5'lik artışlarla 13 farklı hidrojen konsantrasyonu kullanılarak yanma reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, karışımdaki hidrojen oranının artmasıyla birlikte alev sıcaklığının yükseldiği ve genel olarak alev yapısının daha kararlı hale geldiği gözlemlenmiştir. Maksimum alev sıcaklığı, %30 hidrojen ilavesinde 2303.82 K olarak elde edilmiştir. Ancak bu konsantrasyonda artış eğiliminin yataylaştığı, karışımın zengin karışım davranışı sergilediği ve sıcaklık artış hızının azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, brülör merkezindeki eksenel alev profili daha stabil hale gelmiş ve tutarlı dağılımlar gözlemlenmiştir. Elde edilen maksimum sıcaklıklarla doğru orantılı olarak maksimum hız değerlerinde de artış eğilimi gözlenmiştir. YSA ve regresyon denklemleri ile yapılan öngörü analizleri sonucunda, sonuçların doğruluk oranı hesaplanmış ve HAD çalışmalarının güvenilirliği test edilmiştir. HAD analiz sonuçları, literatürdeki çeşitli deneysel çalışmalarla karşılaştırılarak doğrulanmış ve sonuçların uyumlu olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Due to the increasing global energy demand and growing environmental concerns, efforts have been made to achieve optimal combustion conditions by blending hydrogen gas with conventional fuels at various ratios, taking into account the adverse combustion effects of pure hydrogen. The aim of this study is to investigate the effects of hydrogen addition—at varying concentrations and without premixing—on the flame characteristics of methane combustion within a specially designed burner. The analysis was conducted using ANSYS Fluent computational fluid dynamics (CFD) simulations, and the results were further interpreted and predicted through the application of the artificial neural network (ANN) method. In this study, combustion reactions were performed for 13 different hydrogen concentrations ranging from 0% to 30% in increments of 2.5%, blended with CH4 gas. The simulation results revealed that increasing the hydrogen concentration within the mixture led to higher flame temperatures and generally more stable flame structures. The maximum flame temperature of 2303.82 K was achieved at 30% hydrogen addition. At this concentration, the trend plateaued, indicating rich mixture behavior and a reduced rate of increase. The axial flame profile also became more uniform, with consistent distribution across the burner center. Additionally, maximum velocity values were observed to increase in correlation with rising maximum flame temperatures. As a result of the prediction analyses conducted using ANN and regression equations, the accuracy of the results was calculated, and the reliability of the CFD studies was evaluated. CFD analyses were validated by comparison with various experimental studies, and the results were found to be in agreement.
Benzer Tezler
- 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
- 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
- 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
RABEEA MOHAMMED GHAZAL AL-AFFAS
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- HCNG yakıtlı benzin motorunda fraktal yanma modeli ile simülasyon ve parametrik optimizasyon çalışması
Simulation and parametric optimization study with fractal combustion model in HCNG fuelled gasoline engine
EREN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPER TOLGA ÇALIK
- Biyokütle ve kömür birlikte yakma sistemlerinde sinerji araştırması
Synergy research in biomass and coal cofiring systems
SİNEM ÖZSOY AYDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR YAMAN