Sentetik yakıtların yanma kararsızlığına manyetik alan etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of magnetic field effects on combustion stability of synthetic fuels
Yazar: OZAN ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. MURAT TAŞTAN ; PROF. DR. İLKER YILMAZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Son dönemde yapılan araştırmalarda, manyetik alanların alev oluşumu, alev davranışı ve emisyon gazları üzerindeki etkilerini detaylı bir şekilde incelemiştir. Bu çalışma, özellikle metan (CH4) ve metan/hidrojen (%70 CH4 / %30 H2) yakıtlarının düşük yanma koşullarında, yakıtın manyetik şartlandırılması ve harici akustik etkiler altındaki yanma kararsızlıkları ve emisyon özelliklerini değerlendirmektedir. Deneyler, ön karışım, manyetik alan, akustik zorlama ve swirl tekniklerinin kullanıldığı bir yanma odasında gerçekleştirilmiştir. Manyetik alanlar, yakıcı girişi, ön karıştırıcı ve yakıt besleme hatları gibi stratejik bölgelerde uygulanmıştır. Manyetik alan şiddeti 3500 gauss olarak sabit tutulmuş, termal çıkış 3 kW, swirl numarası 1 ve eşdeğerlik oranı 0,7 olarak belirlenmiştir. Akustik rezonans değerlendirmesi ise yanma odasında 95 Hz ve 175 Hz frekanslarında yapılmıştır. Araştırma sonuçları, manyetik alan uygulanmasının yanma sürecini olumlu etkilediğini göstermiştir. Özellikle CH4 ve CH4/H2 gibi yakıtların kararsızlıkları, 95 Hz frekansında belirgin bir şekilde azalmıştır. Saf metan yanması sırasında CO emisyonları başlangıçta 4785 ppm olarak ölçülmüş, manyetik alan uygulamasıyla bu değer 4143 ppm'ye düşmüştür. Manyetik alanın ön karıştırıcıya uygulanması CO emisyonlarını 4233 ppm'ye çıkarırken, yakıt hattına uygulanması emisyonları 4104 ppm'ye düşürmüştür. CH4/H2 yakıt karışımı için CO emisyonları manyetik alan ile birlikte 2638 ppm'den 1961 ppm'ye düşmüştür. Bu durum, yanma verimliliğinin arttığını ve CO ve NOX gibi kirletici gazların azaldığını göstermektedir. Bu çalışma, manyetik alanların yanma verimliliğini artırma ve çevresel endişeleri ele alma potansiyelini vurgulamaktadır. Manyetik alanların stratejik uygulamaları, yanma süreçlerinde kararsızlıkların azaltılmasına ve emisyonların düşürülmesine önemli bir katkı sağlayabilir.

Abstract:
Recent studies have investigated in detail the effects of magnetic fields on flame formation, flame behavior and emission gases. In particular, this study evaluates the combustion instabilities and emission characteristics of methane (CH4) and methane/hydrogen (70% CH4 / 30% H2) fuels under low combustion conditions under magnetic conditioning of the fuel and external acoustic effects. Experiments were carried out in a combustion chamber using premixing, magnetic field, acoustic forcing, and swirl techniques. Magnetic fields were applied at strategic locations such as the combustor inlet, premixer and fuel feed lines. The magnetic field intensity was kept constant at 3500 gausses, the thermal output was 3 kW, the swirl number was 1 and the equivalence ratio was 0.7. Acoustic resonance evaluation was performed in the combustion chamber at frequencies of 95 Hz and 175 Hz. The results showed that the application of magnetic field has a positive effect on the combustion process. In particular, the instabilities of fuels such as CH4 and CH4/H2 were significantly reduced at 95 Hz frequency. CO emissions during pure methane combustion were initially measured as 4785 ppm, which decreased to 4143 ppm with magnetic field application. Application of the magnetic field to the premixer increased CO emissions to 4233 ppm, while application to the fuel line reduced emissions to 4104 ppm. For the CH4/H2 fuel mixture, CO emissions decreased from 2638 ppm to 1961 ppm with the magnetic field. This indicates that combustion efficiency increased and pollutant gases such as CO and NOX decreased. This study highlights the potential of magnetic fields to improve combustion efficiency and address environmental concerns. Strategic applications of magnetic fields can make a significant contribution to reducing instabilities in combustion processes and lowering emissions.