Darbeli yanmanın deneysel incelenmesi ve mevcut yanma sistemlerine uygulanması
An Experimental investigation of pulse combustion and its application to the existing combustion systems
Yazar: ALİ KILIÇARSLAN
Danışman: PROF.DR. AHMET ARISOY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 2000
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Darbeli yanma = Pulsed combustion ; Helmholtz = Helmholtz ; Yanma = Combustion

Özet:
DARBELI YANMANIN DENEYSEL İNCELENMESİ VE MEVCUT YANMA SİSTEMLERİNE UYGULANMASI ÖZET Bu çalışmada, Helmholtz tip gaz yakıtlı darbeli yakıcının teorik ve deneysel analizi yapılmıştır. Teorik analizde, Süreklilik, Momentumun Korunumu,Termodinamiğin I. Kanunu gibi temel denklemler ve literatürde yapılan deneylerden hareket edilerek Helmholtz tip flapper vanalı gaz yakıtlı darbeli yakıcının temel elemanları olan yanma odası, karışım odası, rezonans borusu, hava ve gaz flapper vanaları boyutlandınlmıştır. Aynı zamanda teorik analizde, Helmholtz tip gaz yakıtlı darbeli yakıcının basıncını, hava ve gaz flapper vanalanndaki lüle sayılarını veren ifadeler bulunmuştur. İmal edilen Helmholtz tip gaz yakıtlı darbeli yakıcının deneysel olarak incelenmesi üç ayrı grupta yapılan çalışmalardan oluşmaktadır. İlk grupta yapılan çalışmalarda, imal edilen darbeli yakıcı ses basınç düzeyi açısından incelenmiştir. Deneylerde darbeli yakıcının rezonans borusu 2m. İle İm. arasında 10cm. aralıklarla kısaltılarak gaz yakıtlı darbeli yakıcının gürültü seviyesi Ses Basmç Düzeyi ölçer kullanılarak ölçülmüştür. Deneyler sonucunda rezonans borusu uzunluğu kısaltıldığında darbeli yakıcının gürültü seviyesinin arttığı görülmüştür. Eşdeğer gürültü seviyesi İm. rezonans borusu uzunluğunda 94.6dB olarak ölçülmüştür. İkinci grupta yapılan deneylerde, frekansı ayarlanabilen Helmholtz tip gaz yakıtlı darbeli yakıcı geliştirilmiştir. Deneyler, 3 m. ile İm. arasında 10cm. aralıklarla egzoz borusu uzunluklarında, yanma odasının lA, % ve tam hacimlerinde,egzoz borusunun 38mm, 42mm, 48mm ve Sİ mm çaplarında ve 20mbar-40mbar arasında 4mbar aralıklarla değiştirilen gaz basınçlarında yapılmıştır. Deney sonuçlarının analizi yapıldığında, egzoz borusu kısaltıldığında, yanma odası hacmi azaltıldığında, gaz basmcı ve egzoz boru çapı arttırıldığında darbeli yakıcının işletme frekansının ve genliğinin arttığı görülmüştür. Gaz basıncı ve boru çapı arttırıldığında frekans ve genlik değerlerinde ölçülen artış ihmal edilebilir derecededir Son grupta yapılan deneylerde ise, gaz yakıtlı darbeli yakıcının egzoz gaz analizi yapılarak CO, CO2, NOx, 02 emisyonları, hava fazlalık katsayısı, baca gazı sıcaklığı ve yanma verimindeki kayıp ölçülmüştür. Deneyler, Egzoz Gaz Analiz Cihazı kullanılarak lOmbar, ISmbar ve 20mbar gaz basınçlarında yapılmıştır. Her basmç grubunda egzoz bor uzunluğu 2m. ile İm. arasında lOcm.aralıklarla değiştirilmiştir. Darbeli yakıcının tasarım basmcı olan lOmbar gaz basmcmda en iyi sonuçlar alınmıştır. CO emisyonu 6-25ppm ve NOx emisyonu ise 33-43ppm aralığında ölçülmüştür. xuYapılan teorik ve deneysel çalışmalar kıyaslandığında, hesaplanan ve ölçülen frekans değerlerinin ve CO, NOx emisyonlarının da literatürdeki darbeli yakıcılar ile kıyaslandığında uyumun iyi olduğu tespit edilmiştir. XUI

Abstract:
AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF PULSE COMBUSTION AND ITS APPLICATION TO THE EXISTING COMBUSTION SYSTEMS SUMMARY In this study, the theoretical analysis and experimental investigation of Helmholtz type- flapper valve, gas-fired pulse combustor were presented In theoretical analysis, Helmholtz type-flapper valve gas-fired pulse combustor main elements which are combustor chamber, mixer head, tail pipe, air and gas flapper valve are designed by using First Law of Thermodynamics, Continuity and Momentum Equations and the experiments results in the literature. The experimental investigation of manufactured Helmholtz type gas-fired consists of three parts. In the first part of experiments, the sound pressure level of gas-fired pulse combustor were measured when tailpipe length was decreased 10cm. intervals between 2m. and lm by using Sound Lever Meter. As a result of the experiments, the sound pressure level of the pulse combustor increased when the length of tailpipe was decreased, the maximum value of equivalent continous sound level, LEQ was 94.6 dB when the length of the tailpipe was lm. In the second part, tunable Helmholtz type gas-fired pulse combustor was developed. Four different experiments were performed. Firstly, the length of tailpipe was decreased between 3m. lm. at 10cm intervals. Secondly, 38mm,42mm,48mm and 51mm diameters of tailpipe were used. Thirdly, three different combustion chamber volumes, î4 vy, % vy and vy were tested. Lastly, experiments were performed when the gas supply pressure was increased 4mbar intervals between 20mbar and 40mbar intervals. From the experiments, we can conclude that the operating frequency and amplitude of the pulse combustor increases when the length of tailpipe and the volume of combustion chamber were decreased, the gas supply pressure and the diameter of the pipe were increased. The measured increasing values of frequency and amplitude were negligible when the gas supply pressure and the diameter of tailpipe were increased. In the last part of the experiments, the exhaust gas analysis of combustion products were performed. The emissions of CO, CO2, NO*, O2, excess-air coefficient, the exhaust gas temperature and combustion loss were measured. The experiments were performed with three different gas supply pressure, 10mbar,lSmbar and 20mbar by using Exhaust Gas Analyzer. Length of the tailpipe was decreased 10cm. intervals between 2m. and lm for every gas supply pressure. The best results were reported at lOmbar gas supply pressure which is the design pressure of pulse combustor. NOx xivemission and CO emission were found 33 - 43 ppm and 6-25 ppm respectively when the gas pressure was 10 mbar. When the theory and experiments are compared, the agreement is fairly good when the calculated and measured value of frequency of the pulse combustor is taken into consideration, and the exhaust gas analysis especially emissions CO, NOx are compared with the experiments in the literature, the agreement is also good. xv