Yakıt olarak metan ve biyokütleden piroliz yöntemi ile elde edilen sentetik gaz kullanan bir mikrotürbinin dairesel yanma odasındaki yanmanın akışkanlar dinamiği simülasyonu
Cfd simulation of a microturbine annular combustion chamber fuelled with methane and biomass pyrolysis syngas
Yazar: VOLKAN TATAR
Danışman: DOÇ. DR. HAYDAR ARAS
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal gaz = Natural gas ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yanma = Combustion ; Yanma odası = Combustion chamber

Özet:
Mikro gaz türbinleri, enerji dağıtımı, ayrıca bileşik piroliz ve/veya gazlaştırma işlemi yoluyla elde edilen biyokütleden sağlanan düşük ısıl değerli yakıttan yararlanmak için avantajlı bir biçimde kullanılabilir. Bu sentetik gazlar, doğal gaz kullanımında (oluşum, düşük kalori değeri, hidrojen içeriği, tar ve partikül madde içeriği açısından) oluşabilecek yanma problemleri, yanma dengesizlikleri, emisyon ve kirlenme kontrol zorlukları gibi faktörler için önemli farklılıklar göstermektedir.Yanma odasının HAD simülasyonu, bu gazların kullanımı sırasında oluşabilecek temel kriterleri belirlemek, var olan geometrileri düzeltmek ve düşük ısılı gazlarla kullanılabilecek yeni yanma odalarının geliştirilmesi için anahtar bir araçtır.Bu çalışma, biyokütleden türetilen yakıtın kullanılabilme imkânını araştırmak ve mikro türbin çember yanma hücresi içinde gerçekleşen yanma sürecinin analiz etmek için gerçekleştirilen deneysel ve nümerik araştırmaları içermektedir. Fluent programı kullanılarak gerçekleştirilen bir yanma surecinin HAD çalışması ortaya konulmakta ve sonuçlar açıklanmaktadır. Özellikle amaçlanan; birleşik bir piroliz gaz üretim ve mikro türbin tesisinde katı biyokütleden elde edilen sentetik gazin mikro türbinde kullanım olasılığının incelenmesidir. Mikro türbin uygulamasında doğal gaz için farklı güç değerlerinde deneysel ve HAD benzetim faaliyeti gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar uygun nümerik araştırmanın gerçekleştirilebilmesi için bu çalışmada anlatılmış ve kullanılmıştır.

Abstract:
Micro gas turbines could be profitably used, for distributed energy production, also exploiting low calorific value biomass derived fuels, obtained by means of integrated pyrolysis and/or gasification processes. These synthesis gases show significant differences with respect to natural gas (in terms of composition, low calorific value, hydrogen content, tar and particulate matter content) that may turn into ignition problems, combustion instabilities, difficulties in emission control and fouling.CFD simulation of the combustion chamber is a key instrument to identify main criticalities arising when using these gases, in order to modify existing geometries and to develop new generation combustion chambers for use with low calorific value gases.This study describes the numerical and experimental activity carried out to analyze the combustion process occurring inside an existing microturbine annular combustor and to investigate the possibility to fuel it with biomass derived fuels. A CFD study of the combustion process performed with Fluent codes is introduced and some results are reported. In particular, the aim is to introduce in the microturbine the syngas obtained from pyrolysis of solid biomass, in the framework of a Integrated Pyrolysis Regenerated Plant. Experimental campaign on the microturbine operation with natural gas has been performed, with variable output power. Results of the measurements are presented and used in this study to tune the subsequent numerical investigation.