Ev tipi bir ocakta alev ve soğuk akış karakteristiğinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of flame and cold flow characterictics in household cookers
Yazar: BERKAY ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. NİMETİ DÖNER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alev = Flame ; Gaz akışı = Gas flow ; LPG = Liquefied petroleum gas ; Ocaklar = Ocaks

Özet:
LPG (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı) renksiz, kokusuz, yanıcı bir gazdır ve havaya göre daha ağırdır. LPG belli bir basınç altında, ham petrolün rafinerilerde damıtılmasıyla, doğalgazdan ayrıştırılmasıyla veya sıvılaştırılmasıyla elde edilir. LPG propan (C3H8), bütan (C4H10) veya bunların izomerleri olan hidrokarbonların karışımından oluşmaktadır. Tez çalışmasında, ev tipi bir ocakta soğuk akış ve alev karakteristikleri deneysel olarak araştırılmıştır. İki farklı akış debisinde (maksimum ve minimum) LPG akışının laboratuvar şartlarında alev sıcaklıkları, gaz debisi, gaz akış hızı ve gaz yayınımları değerlendirilmiştir. Çalışmamızdaki LPG, %70 bütan ve %30 propan karışımından oluşmaktadır.  Kullanılan ocak üç farklı büyüklüğe sahip olup, alevin çıkış yeri çap büyüklüklerine göre; Ocak 1, Ocak 2 ve Ocak 3 olarak adlandırılmıştır. Ocak 1'in alev çıkış yerinin çapı 8 cm, Ocak 2'nin çapı 7 cm ve Ocak 3'ün çapı 5 cm'dir. Her bir ocakta, sabit bir alev çıkış yeri referans noktası olarak belirlenmiş ve bu noktaya göre yatay, düşey ve diyagonal yönlerde 0,5 cm aralıklarla referans noktasından (0 cm) 3 cm'e kadar olan bölgede sıcaklık ve hız ölçümleri maksimum ve minimum debiler için yapılmıştır. Ocak 1 için yayınım ölçümleri diyagonal yönde maksimum debide ölçülmüştür. Ocak 1'in maksimum debisi 0,6 l/dak, minimum debisi 0,2 l/dak; Ocak 2'nin maksimum debisi 0,25 l/dak, minimum debisi 0,1 l/dak; Ocak 3'ün maksimum debisi 0,2 l/dak, minimum debisi 0,1 l/dak'dır. Yapılan ölçümler neticesinde, maksimum ve minimum debilerdeki alev sıcaklıkları belirgin derecede birbirinden farklılık göstermektedir. 1,5-3 cm arasındaki mesafelerde, yatay ve diyagonal yönlerdeki sıcaklıklar maksimum debide hemen hemen aynıdır. Ocak 1'in gaz çıkış yerinde maksimum debi için gaz akış hızı, havalandırma açık ve kapalı durumlarında sırasıyla 2,834 ve 2,915 m/s ölçülmüştür. Gaz yayınım sonuçlarına göre, CO2'in maksimum değeri 0-1,5 cm aralığında %12 ve 1,5-3 cm aralığında %11'dir. CO gazının maksimum değeri referans noktasında 7000 ppm olarak görülmüş, 0-1 cm aralığında lineer azalmış ve 6000 ppm'e düşmüştür. 1,5-3 cm aralığında CO değerlerinde ani bir azalma olmuş ve sıfır değerine ulaşmıştır.

Abstract:
LPG (Liquefied Petroleum Gas) is a colorless, odorless, combustible gas heavier than air. It is obtained by distilling crude oil in refineries, separating it from natural gas, and liquefying it under a certain pressure. LPG consists of hydrocarbons such as propane (C3H8), butane (C4H10) and their isomers or mixtures. In this study, the combustion characteristics of the cold flow and flame in a household stove were experimentally investigated. The flame temperature, gas flow velocity, and combustion emissions of LPG in the household stoves were measured at two flow rates (maximum and minimum) under laboratory conditions. The LPG used in the study is a mixture of 70% butane and 30% propane. The household stove has three different sizes of cookers, and each cooker is named Cooker 1, Cooker 2, and Cooker 3, respectively, according to the outer diameter. The outer diameter of the Cooker 1 is 8 cm, Cooker 2 is 7 cm, and Cooker 3 is 5 cm. A fixed flame exit point was determined in each cooker as a reference point, and the temperatures, cold flow velocities, and emissions of the gas flows were measured using these reference points. The measurement range is from the point where the exit point is located (0 cm) to a range of 3 cm (including 3 cm) with 0.5 cm spacing. The horizontal, vertical and diagonal measurements, starting from the flame exit point were made at maximum and minimum flow rates. The flow rate of Cooker 1 is 0.6 l/min at maximum flow and 0.2 l/min at minimum flow. Cooker 2 has 0.25 l/min at maximum flow and 0.1 l/min at minimum flow; Cooker 3 has 0.2 l/min at maximum flow and 0.1 l/min at minimum flow. Temperatures between maximum and minimum flow rates showed significant differences for all cookers. At distances greater than 1.5 cm from the reference point, the measured temperatures at maximum flow were almost the same in the horizontal and diagonal directions. The gas velocity of the burner of Cooker 1 with the vent open and closed conditions was measured to be 2,834 and 2,915 m/s atmaksimum flow rate. According to the gas emission results, the CO2 emission (%) between the reference point and 1.5 cm was 12% and decreased to 11% when measurements were taken between 1.5 and 3 cm. It was found that the maximum value of CO emissions occurred at the reference point and reached 7000 ppm, decreased linearly in the range of 0-1 cm, decreased to 6000 ppm and a sudden decrease occurred in the distance after 1,5 cm and reached 0.