Renksiz dağıtılmış yanma şartlarında seyrelticinin yanma karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analyses of diluent effect on combustion characteristics under colorless distributed combustion conditions
Yazar: KENAN BİLGİN KEKEÇ
Danışman: DOÇ. DR. SERHAT KARYEYEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, metan ve hidrojence zenginleştirilmiş metan karışımlı yakıtlar kullanılarak yeni bir yakma yöntemi olan renksiz dağıtılmış yanma koşulları (CDC) sayısal olarak incelenmiştir. CDC koşullarını başarılması için oksitleyici %21'den %13'e kadar N2 ve CO2 seyrelticileri kullanılarak azaltılmıştır. Ayrıca oksitleyici ön ısıtma etkisini gözlemleyebilmek için oksitleyici hem 300 K hem de 600 K'e kadar ısıtılarak sayısal analizler yapılmıştır. Seçilen yanma odası simetrik olarak yerleştirilmiş iki yakıt girişi ve iki oksitleyici giriş bölümü sayesinde girdap akışları oluşturmuştur. Yakıt debileri 2 kW ısıl güce göre düzenlenmiştir. Oksitleyici akış hızları farklı eşdeğerlik oranları ve seyreltme oranları dikkate alınarak hesaplanmıştır. Ayrıca yakıt giriş ve oksitleyici giriş yapısının yanmaya etkisi hem paralel hem de çapraz akışlı olarak karşılaştırılarak incelenmiştir. Tüm bu analizler Ansys Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği ticari kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Siklonik bir yakıcıda daha doğru türbülans akış tahmini yapabilmek için Reynold Stress Model kullanılmıştır. Özetle, CDC koşulları, yanma odası boyunca genişletilmiş alev yapısı, alev kararlılığı, daha homojen sıcaklık dağılımı, ultra düşük NOX ve düşük CO emisyon seviyeleri ile sağlanmıştır. Özellikle hidrojen ilavesi ile birlikte öngörülen alev kararsızlıkları CDC ile elimine edilmiştir.

Abstract:
In this study, colorless distributed combustion conditions (CDC) which is a novel combustion method have been examined as numerical by using methane and hydrogen enriched methane mixtures fuels. In order to achive CDC conditions, oxidizer has been diluted with N2 / CO2 under different oxygen concentrations, 21% to 13%. Moreover, to be able to observe oxidizer pre-heating effect, numerical analyses have been conducted with 300K and 600K oxidizer temperatures. Selected combustion chamber created swirl flows through symmetrically located two fuel inlet and two oxidizer inlet sections. Fuel flow rates have been arranged based on thermal power of 2 kW. Oxidizer flow rates have been calculated by taking into account various equivalence ratio and dilution ratios. In addition that, fuel and oxidizer inlet structures on combustion have been investigated by comparing as both parallel and cross flows. All these analyses have been implemented by using Ansys Fluent computational fluid dynamics commercial codes. In order to make more accurate turbulence flow predictions, Reynold Stress Model has been used. In summary, CDC conditions have been provided with broadened flame structure throughout cumbustion chamber, flame stability, uniformly temperature distribution, ultra low NOX and low CO emissions levels. Especially, predicted flame instabilities along with hydrogen addition have been eliminated with CDC.