Paralel akışlı dikey şaft fırınlarında yanma olayının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile sayısal modellemesi
Numerical modeling of combustion with computational fluid dynamics in parallel flow vertical shaft kilns
Yazar: MİRAY SARDOĞAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Artan endüstriyel faaliyetler ve her geçen gün artan nüfus, üretim ve tüketimi günden güne artırmaktadır. Bu üretim-tüketim döngüsünün her adımında enerji vazgeçilmez bir unsurdur. Enerji fiyatlarının giderek artması da bunun uygun bir şekilde ve daha verimli kullanımını gerektirmektedir. Önemli bir enerji kaynağı da kireçtaşıdır. Kireçtaşının yakılması sonucu elde edilen kireç, endüstride önemli ve geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu sebeple kireç üretim teknolojisinde kullanılan fırınların optimizasyonu ve iyileştirilmesi hem ekonomi açısından hem de kireç kalitesi ve çevre kirliliği açısından büyük önem taşımaktadır. Bu alanda ilerlemek, yeni fırınlar oluşturmak veya var olan fırınları geliştirmek gerekmektedir. Deneysel yöntemler, problemleri çözmek ve sayısal simülasyon sonuçlarını doğrulamak için son derece önemlidir. Ancak gerçek şaftlı kireç fırınlarında deney yapmak oldukça karmaşıktır. Bu sebeple ilk olarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) sayısal analizleri ile simülasyonlar gerçekleştirilmektedir. 
Bu çalışmada kireçtaşı yanması, dikey şaftlı kireç fırınında poroz ortam kullanılarak ve Star-CCM+ programı ile yanma olayı modellenerek sayısal analizi yapılmıştır. Bu amaçla yapılan çalışmada farklı porozite değerleri (ϕ=0,32, 0,6, 0,8), hava fazlalık katsayıları (λ=1, 1,3, 1,5, 2,0) ve farklı çaplarda fırın ve nozul geometrisi ile analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda sıcaklık dağılımı, CH4, CO ve hız değerleri karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Rising industrial activities and rising population have been increasing production and consumption day by day. Energy is an indispensable element in every step of this production-consumption cycle. Rising energy prices require an appropriate and more efficient use of it. An important source of energy is limestone. Lime obtained by burning of limestone has an important and wide usage area in industry. For this reason, the optimization and improvement of the kilns used in lime production technology is of great importance both for economy and for lime quality and environmental pollution. It is necessary to progress in this area, to create new kilns or to develop existing kilns. Experimental methods are extremely important to solve problems and validate numerical simulation results. However, it is very complicated to experiment in real shaft lime kilns. For this reason, firstly, simulations are performed by using numerical analysis for Computational Fluid Dynamics (CFD).
In this study, numerical analysis of limestone combustion modeled in vertical shaft lime kiln was made by using porous media within Star-CCM + program. For this purpose, different porosity parameters (ϕ = 0.32, 0.6, 0.8), air excess number (λ = 1, 1.3, 1.5, 2.0) and different diameters of the kiln and nozzle were analyzed. Temperature distribution, CH4, CO and velocity values were compared.