Küresel bir yakıcıda hidrojen yanmasının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak modellenmesi
Computational fluid dynamics (CFD) modelling of hydrogen combustion in a spherical combustor
Yazar: ZEHRA GÖKALP ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Hidrojen = Hydrogen ; Yanma = Combustion ; Yanma odası = Combustion chamber

Özet:
Bu tez çalışmasında hidrojen yakıtının yanma ve emisyon performansı sayısal olarak incelenmiştir. Küresel bir yanma odasında hidrojen yanması Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) kullanılarak modellenmiştir. Modelleme üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir.Bu tez çalışması 6 bölümden oluşmuştur. 1. bölümde giriş ve literatür araştırması yapılmıştır. 2. bölümde hidrojen enerjisi, yanma, hava kirliliği, NOx oluşumu ve azaltma yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmiştir. 3. bölümde CFD hakkında bilgi ve temel denklemler verilmiştir. 4. bölümde küresel bir yanma odası için CFD modellemesi açıklanmış ve gerekli model şartları tanımlanmıştır. 5. bölümde CFD modelleme sonuçları üç boyutlu olarak ve grafik halinde gösterilerek incelenmiştir. 6. bölümde de sonuç ve gelecek çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.Modelleme sonucunda sıcaklık dağılımları, hız dağılımları ve NOx dahil gaz konsantrasyonları detaylı olarak elde edilmiştir. Hidrojen yanması farklı hava fazlalık katsayılarında (?=0,9, ?=1,0, ?=1,1 ve ?=1,2) ve farklı güçlerde (40 ve 60 kw) gerçekleştirilmiştir. Bu sonuçlara göre sıcaklığın yüksek olduğu bölgelerde NOx emisyon değerinin, sıcaklığın düşük olduğu bölgelerdeki NOx emisyon değerinden daha fazla olduğu, dolayısıyla da sıcaklıkla NOx emisyonu arasında doğru orantılı bir ilişki olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca tüm ısıl güç şartlarında hava fazlalık değerinin artması ile alev sıcaklığı azalmıştır.

Abstract:
In this thesis, the combustion and emission performances of hydrogen have been numerically investigated in a spherical combustor. Hydrogen combustion was modelled by using CFD code Ansys Fluent.This thesis consists of six chapters. Introduction and literature survey were given at the first part of thesis. Then, general information about hydrogen energy combustion, air pollution, NOx emission and decrease techniques of NOx emissions are given at the second part. In the third chapter, general information about CFD modelling and the fundamental equations were mentioned. CFD modelling for a spherical combustor and boundary condutions were determined at the fourth part. In the fifth chapter, CFD modelling results were presented in figures. Finally conclusions and advices for future studies were given at the final chapter of this thesis.As a result of modelling, temperature, velocity and NOx emission distributions have been performed. Hydrogen combustion was modelled different thermal powers (40 and 60 kW) and different excess air ratios (?=0.9, ?=1.0, ?=1.1 and ?=1.2). According to this results, the value of NOx emissions in high temperature zones were more than the value of NOx emissions in low temperature zones. Also, the flame temperature decreased with increasing excess air ratio in all thermal power conditions.