Model bir yakıcıda hidrojen-metan karışımının yanmasının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigations of hydrogen-methane combustion in a model combustor
Yazar: İLKER YILMAZ
Danışman: PROF.DR. MUSTAFA İLBAŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
iiiMODEL BİR YAKICIDA HİDROJEN-METAN KARIŞIMININ YANMASININSAYISAL VE DENEYSEL İNCELENMESIİlker YILMAZErciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri EnstitüsüDoktora Tezi, Aralık 2006Tez Danışmanı: Prof. Dr. Mustafa İLBAŞÖZETBu tez çalışmasında, hidrojen-metan karışımlı kompozit yakıtların yanma ve emisyonperformansı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada, krom-nikelçelikten imal edilmiş model bir yanma odasının farklı eksenel mesafelerinden açılanölçüm yerlerinden radyal sıcaklık dağılımları belirlenmiştir. Deneylerde farklımiktarlarda hidrojen içeren iki kompozit yakıt (M70H30, M30H70), iki farklı ısıl güç(40 ve 60 kW) ve iki farklı hava fazlalık değeri (Î»=1,2 ve Î»=1,7) kullanılmıştır.Deneysel çalışmada, hidrojen miktarının artması ile maksimum alev sıcaklığının arttığı,CO miktarının azaldığı ve H2O miktarının arttığı belirlenmiştir. Ayrıca, tüm deneylerdehava fazlalık değerinin artması ile alev sıcaklığı azalmıştır. Çalışmada kullanılandoğalgaz brülöründe kompozit yakıt (M70H30 ve M30H70) başarılı bir biçimdeyakılmıştır. Bu çalışmada kullanılan kompozit yakıtlar için en uygun hava fazlalıkdeğerinin 40-60 kW ısıl güç şartlarında 1,2 olduğu belirlenmiştir.Deneysel çalışmalardan önce yukarıda belirtilen kompozit yakıtlar ve farklı hidrojenyüzdesine sahip çok geniş karışım oranlı hidrojen-metan kompozit yakıtlarınyanmasının sayısal simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sayısal simülasyonda elde edilentahmin sonuçlarının deneysel verilerle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Simülasyondakullanılan yanma model sabiti A'nın değerinin 1'e yakın alındığında deneysel değerleredaha yakın sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca % 70'den daha az miktarda hidrojen içerenkompozit yakıtın gaz brülörlerinde ve yakıcılarda önemli herhangi bir düzenlemeyegerek kalmadan verimli olarak kullanılabileceği belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Yanma odası, hidrojen, metan, kompozit yakıt.

Abstract:
ivNUMERICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HYDROGEN-METHANE COMBUSTION IN A MODEL COMBUSTORİlker YILMAZErciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesPh. D. Thesis, December 2006Thesis Supervisor: Prof. Dr. Mustafa İLBAŞABSTRACTIn this thesis, the combustion and emission performances of the combustion ofhydrogen-methane blending composite fuels have been investigated experimentally andnumerically. In experimental study, radial temperature distributions have beendetermined in measurement ports from different axial positions of a model combustionchamber manufactured chrome-nickel steel. Two composite fuels (M70H30, M30H70)including different amounts of hydrogen, two different thermal powers (40 and 60kW) and two different excess air values (Î»=1,2 and Î»=1,7) have been used inexperiments. It is determined that maximum flame temperature increases, CO emissiondecreases and H2O emission increases with increasing of hydrogen amount inexperimental study. Also, the flame temperature decreased with the increase of excessair value in all experiments. Composite fuels (M70H30 and M30H70) have beensuccesfully fired in natural gas burner used in the study. The most suitable excess airvalue has been determined as to be 1.2 for 40-60 kW thermal power conditions.Before the experimental studies, the numerical simulations have been performed forcombustion of above stated composite fuels and fuels having different hydrogenpercentage. It is determined that experimental results are in good agreement with thepredicted results from the numerical simulations. It is obtained that the numerical resultsare very similar to experimental values, when the combustion model constant A isabout 1. It is also determined that composite fuel (especially below 70 % hydrogen) canbe used productively without any important modification in gas burners and combustors(natural gas, lpg etc.).Key words: Combustion chamber, hydrogen, methane, composite fuel.