Gaz türbini yanma odaları için yeni bir ön tasarım metodolojisi /
Yazar: AHMET TOPAL
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Bu tezde, tasarlanan ve imal edilen deneysel bir boru tip yanma odası, TEI
bünyesinde kurulan atmosferik test riginde test edilerek yeni bir ön tasarım metodolojisi
geliştirilmiştir. Çalışmada, yarı-ampirik korelasyonlara dayalı bir ön tasarım aracı
oluşturulmuş olup akış dağılımı, alev sıcaklığı, gömlek sıcaklığı gibi tasarım
parametreleri bu araç kullanılarak hesaplanmıştır. Ayrıca, HAD (Hesaplamalı
Akışkanlar Dinamiği) analizleri ve deneysel testlerle de geliştirilen program
doğrulanmıştır. Geliştirilen tasarım kodu literatürde yer alan ağ yapısına sahip kodların
aksine yanma odasının 1 mm'lik dilimlere bölünmesi ile elde edilen akış koordinatları
üzerinden hesaplama gerçekleştirmektedir. 18 farklı noktada yapılan deney testlerinde
test rigi hava debisi 0.035-0.510 kg/s, yakıt debisi 0.70-1.00 g/s, giriş sıcaklığı ise 400-
475 K aralıklarındaki değerler kullanılmıştır. Boru tip yanma odası testlerinde gömlek
metal sıcaklığı, basınç düşümü ve egzoz emisyon testleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan
deneysel çalışmalarda, geliştirilen kod yardımıyla metal sıcaklıklarında maksimum
sapma değeri 81 K ve basınç düşümü de %1,4 olarak hesaplanmıştır. Testlerde ayrıca
karbon dioksit (CO2), oksijen (O2), karbon monoksit (CO), yanmamış hidrokarbon
(CxHy) ve azot oksit (NOx) gibi emisyon değerlerinin de bir boyut için kabul edilebilir
sınırlar içinde olduğu görülmüştür. Gaz türbinleri yanma odası ön tasarım süreçleri için
ticari bir yazılım bulunmamakta olup bu çalışmada geliştirilen tasarım kodu özgün
yanma odası tasarımlarına katkı sağlayacağı gibi, yüksek maliyetli detay tasarım
süreçlerinin kısalmasına da fırsat tanıyabilmektedir.

Abstract:
In this thesis; an experimental tubular type combustor, that has been designed and
produced, were tested in TEI atmospheric combustor test rig and a new preliminary
design methodology has been studied. In scope of the work, a preliminary design tool
based on the semi-empirical correlations has been developed and design parameters
such as flow distribution, flame temperatures, liner metal temperature have been
calculated by using this tool. Moreover CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses
were used to validate to developed programme. Design tool uses flow coordinates that
comes from 1 mm divided flow segments for calculations in contrary to network codes.
Experimental studies have been performed for 18 different inlet conditions. 0.035-0.510
kg/s range for air mass flow rate, 0.70-1.00 g/s range for fuel mass flow rate and 400-
475 K range for air inlet air temperature were used as inlet conditions. Liner metal
temperature, pressure drop and exhaust emission tests were done in tubular type
combustor. In respect of these tests, maximum deviation is realized as 81 K in liner
metal temperatures and as 1.4% in pressure drop. Moreover, emission predictions for
carbon dioxide (CO2), oxygen (O2), carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon
(CxHy) and nitrogen oxide (NOx) are acceptable for one-dimensional calculations. There
is not an available commerical design tool for gas turbine combustor preliminary design
process and developed tool will support the original combustor designs. Moreover, it
will give an opportunity to decrease the high cost detail detail design process.