Ön karışımlı alevlerin modellenmesi ve is oluşumunun incelenmesi
Modeling of premixed flames and investigation of soot formation
Yazar: NURİ ÖZGÜR AYDIN
Danışman: PROF. DR. MEHMET KOPAÇ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Taşınım özellikleri = Transport properties ; Tek boyutlu modeller = One dimensional models ; Yakıtlar = Fuels ; Yanma = Combustion

Özet:
Yanma olaylarının daha iyi anlaşılabilmesi, deneysel verilerin doğrulanması ve yeniden üretilmesi, tepkime mekanizması geliştirilmesi ve doğrulanması, çok boyutlu ve türbülanslı akışlı modellemelerin temelini oluşturması açılarından bir boyutlu laminer ön karışımlı alevlerin sayısal çözümü önem taşır. Bu çalışmada bahsedilen alev modelinin sayısal analizini ve istenildiği takdirde is analizi de gerçekleştiren bir bilgisayar programı geliştirilmiştir.
Ön karışımlı laminer alevin bir boyutlu olarak sayısal çözümünün yapılması için, gaz karışımlarının termodinamik ve taşınım özelliklerinin hesaplanmasına, adyabatik alev sıcaklığı hesabına, gaz karışımlarının termodinamik denge çözümüne, kimyasal kinetik mekanizmaların kullanılmasına, kütle ve enerji korunum denklemlerinin ve is oluşumunun modelinin çözülmesine gereksinim duyulur. Bunlar gibi ihtiyaç duyulan tüm denklem setleri programın kendisi ve/veya kendisine ait alt programlar tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma kapsamında geliştirilen program kendi bünyesi dışında sadece açık kaynak kodlu veya özgür lisanslı matematik kütüphaneleri kullanmaktadır.    
Yapılan modellemelerde yakıt olarak metan – asetilen – etilen – propan – hidrojen gibi birbirinden farklı yakıtlar/karışımları kullanılmış, karışım olarak ise yakıt-hava, yakıt-oksijen, yakıt-oksijen-argon gibi farklı alevler seçilmiştir. Modellenen alevler için çoğu zaman farklı tepkime mekanizmaları seçilmeye çalışılmıştır. Bu farklılıklar ile yazılan programın farklı yakıt, yakıt karışımları, farklı karışımlar veya mekanizmalarla da uyumlu olduğu vurgulanmıştır.
Yazılan program sonucu elde edilen veriler ile literatürde bulunan deneysel ve/veya modelleme sonuçları karşılaştırılmış ve sunulmuştur. Adyabatik alev sıcaklığı, denge çözümleri, alev boyunca bileşen dağılımı ve is oluşumu verileri farklı yakıtlar, yakıt-hava eşdeğer oranları ve soğuk karışım giriş hızlarında denenmiştir. Elde edilen sonuçların literatür verileri ile uyumlu olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
The numerical solution of one dimensional laminar premixed flames is important for a better understanding of combustion phenomena, validation and reproduction of experimental data, generation and verification of reaction mechanisms, and forming the basis of multidimensional and/or turbulent flames. In this study, a computer program has been developed that performs numerical analysis of the flame model and, if desired, with the soot analysis.
For one dimensional numerical solution of laminar premixed flames, it is necessary to calculate the thermodynamic and the transport properties of gas mixtures and the adiabatic flame temperature, to use chemical kinetic mechanisms, to solve mass and energy conservation equations, the thermodynamic equilibrium solution of gas mixtures and the soot formation model. All these needed equation sets are handled by program itself/subroutines. The program developed within the scope of this study uses only open source/free licensed math libraries outside of its own body. 
Different flames were modeled with several mixtures methane/ethylene/propane/ hydrogen and their combinations with different oxidizer streams like oxygen/air/oxygen-argon. Different reaction mechanisms tried to be selected for the modeled flames. With these differences, it is emphasized that the written code is compatible with different fuels or fuel mixtures and different oxidizers or reaction mechanisms. 
The obtained data with the written code and some experimental and/or modeling results in the literature are compared and presented. The adiabatic flame temperature, the equilibrium compositions, the species profiles within the flame and the soot formation data were simulated with different fuels, different equivalence ratios and cold mixture inlet velocities. It was observed that the results were in a good agreement with the literature data.