Doğal gaz yanma mekanizmasının incelenmesi
Investigation of natural gas combustion
Yazar: SERTAÇ ÇADIRCI
Danışman: PROF. DR. CEM SORUŞBAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Günümüzde zamanla yarışmanın ve ekonominin önemi geçmişe göre artmıştır. "Doğalgaz Yanma Mekanizmasının İncelenmesi" başlığını taşıyan bu çalışma, mühendislik çalışmalarında yığınla deney yapmanın ve bu deneylerin yol açtığı mali külfetlerin bir nebze önüne geçen simulasyon çalışmalarına bir örnektir. Çalışmada simülasyonu yapılmak üzere, günümüzde de oldukça geniş bir kullamm alanına sahip olan radyant ısıtma sistemi tercih edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde doğalgaz yanma sistemleri hakkında genel bilgiler verilmiştir. Doğalgazın yakacak olarak özellikleri ve üstünlükleri üzerinde durulmuştur. Bu bölümde doğalgazın fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında da bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde hidrokarbonlann yanma kinetiği ve doğalgazın ana bileşeni olan metanın oksidasyonu üzerinde durulmuştur. Bu bölümde ayrıca kısaltılmış mekanizmalara ve iskelet mekanizmalara yer verilmiştir. Burada türbülanslı difüzyon alevi ve iki boyutlu ön karışmışız türbülanslı alev formülasyonu da anlatılmıştır. Dördüncü bölümde Sayısal Akışkanlar Dinamiği (SAD), yöneten denklemler ve k - s türbülans modeli ile çalışmada kullanılan deney düzeneği hakkında bilgi verilmiştir. Çalışmada kullanılan yazılım ve SAD adımları kapsamlıca ele alınmışta. Beşinci bölümde doğalgaz yanmasının Fluent yazılımında modellenmesi ağ sistemi ve sınır koşullan anlatılmışta. Ağ sisteminin oluşturulması, modelin ve malzemenin tanımlanması sınır koşullarının girilmesi, sabit özgül ısı ile çözüm başlangıcı ve nihayetinde çözüm anlatılmışta. Altmcı ve son bölüm deney tesisatı ile önceden yapılmış çalışmanın sonuçlan ile bu çalışmanın sonuçlarım içermektedir. Bu bölümde hava fazlalık katsayısı ve brülör kapasitesi ile oynanarak normal durum dışındaki yanma performansı incelenmiştir. Ayrıca gerçeğe yakın sonuçlar elde etmek için neler yapılması gerektiği yorumlanmışta. xm

Abstract:
SUMMARY In this study with the title "Investigation of Natural Gas Combustion" heating system was simulated by using CFD. Nowadays radiant heating systems are very commom in use. It was mentioned about the combustion mechanism of methane, which is the main component of natural gas. Then numerical approaches of CFD were given with its advantages. The combustion mechanisms used by Fluent 6.0 were investigated. Finally a simulation of a radiant heating system was done by using Fluent 6.0 and the results were compared with the test results. General knowledges about natural gas combustion systems were given in the second part. This chapter also touches on the characteristics and superiorities of natural gas as a gasous fuel. In this chapter physical and chemical characteristics of natural gas have been explained. Chapter three touches on the combustion mechanism of hydrocarbons and because methane is the main component of natural gas it was focused on its oxidation. This part also includes reduced and skeleton mechanisms. Turbulant diffusion flame and two dimentional non-premixed turbulent flame formulation have been mentioned. In order to simulate fradiant heating system at this study, CFD was used. CFD, its governing equations for combustion modelling, k -e turbulence model and the test installation were mentioned in the fourth section of the study. The program that is utilized by modelling the flame and the CFD steps are further themes of this section. The fifth section touches on the grid of the model, boundry conditions and the modelling of methane combustion. Designing the grid, identifying the model and the material, determining the boundry conditions, initialing the solution with constant specific heat and the final solution have been comprehensively explained. The last part includes the test results of a licence study on the test installation and the recent test results done by Fluent 6.0. The performance of combustion is investigated by changing the air excess coefficient and the burner capacity. In addition to that it is also tried to find solutions and alternatives for the best results. xiv