Metal Yakıcı Yüzeylerde, Yanma Modellenmesinin Teorik Ve Deneysel Araştırılması
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF COMBUSTION MODELING AT METAL BURNER SURFACES
Yazar: ALİ ABDULKARİM
Danışman: PROF. DR. KEMAL ALTINIŞIK ; YRD. DOÇ. DR. ALİ ATEŞ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Benzetim = Simulation ; Yoğuşmalı kazanlar = Condensing boilers

Özet:
Bilindiği gibi, tam yanma için zaman, sıcaklık ve iyi bir karışımın olması gerekir. Bu üç temel yaklaşı‏‎mdan biri eksik veya yeterli olmazsa eksik yanma olur. Bu çalışmada günümüzde konvansiyonel yakıcılar yerine kullanılmak üzere tam yanmanın gerçekleştiği silindirik formda, düşük emisyonlu, poroz metal matrix radyant premix gaz yakıcı geliştirildi ve prototipi gerçekleştirildi. Hazırlanan prototip üzerinde deney düzeneği kuruldu ve ölçüm değerleri alındı.
Yanmanın matematik modeli için karışımın fiziksel özellikleri, korunum yasası, gececi rejimde sıkıştırılabilir akış için süreklilik ve momentumun korunumu denklemleri sıkıştırılabilir akış için iki boyutlu silindirik koordinatlarda yazıldı. Ayrıca enerji denkleminin radyal yönünde ifadesi ve enerjinin korunumu bağlantıları yazıldı.
Matematik model oluşturulurken gaz ve katı ortam için yazılan denklemler, iki kademe için de yazıldı. Sayısal çözüm için MATLAB programlama dilinde bir bilgisayar programı geliştirildi. Sayısal çözüm yöntemi olarak "sonlu farklar" yöntemi kullanıldı. Sayısal çözümde seçilen hesaplama ağı yoğunluğunun bulgular üzerindeki hata oranını belirlemek için bir Ağ Yakınsama İndeksi (yaklaşımı) kullanıldı. Yakınsama belirsizliğinin tahmini ve sayısal hesaplama hatalarının istenen bir sınırın altında kalıp kalmadığını belirlemek için GCI analizi yapıldı. Yapılan GCI analizinde sayısal çözümün grid sayısından bağımsız olduğu görüldü. Ayrıca MATLAB programı ile yapılan analize ek olarak STAR CCM ile akış analizi yapıldı. Her iki analizlerden çıkan sonuçların literatürdeki benzer çalışmalarla uyum içinde olduğu görüldü.Deneysel sonuçlar ise ayrıca değerlendirildi. Deney sonuçlarına göre geliştirilen prototipin ısıl verim yönünden daha önce çalışılan standart yoğuşmalı kombilere göre daha iyi bir performans sağlandığı tespit edildi.

Abstract:
As it is known, time, temperature and a good mixture are required for a complete combustion. Poor combustion takes place when one of these three elements is missing or insufficient. In this study, porous metal matrix radiant premix gas burner in cylindrical form in which complete combustion takes place with low emissions was developed in order to be used instead of conventional burner used in our time and its prototype was manufactured. An experimental setup was established for the prototype and measurement values were taken.
Physical properties of the mixture, continuity were written for the mathematical model of the combustion, continuity and momentum conservation equations were written for transient compressible flow, expression of momentum conservation equation in axial and radial directions in two dimensional geometry were written for compressible flow and energy conservation equation were written.
The equations written for gas and solid mediums during forming mathematical model were written for both levels. A computer software was developed in MATLAB programming language for the numerical solution. "Finite Differences" method was used as numerical solution method. A Grid Convergence Index (approach) was utilized in order to determine the error rate of computational grid intensity selected for the numerical solution on the findings. GCI analysis was conducted to determine whether the numerical calculation error stayed under a desired limit and to estimate convergence uncertainty. It was seen that numerical solution was independent from the grid number by the conducted GCI analysis. Additionally, flow analysis was performed via STAR CCM as an addition to the analysis in MATLAB software. The results from both analyses were compared to experimental results and it was seen that the results are in accordance to each other.Experimental results were interpreted separately. It was determined that the prototype developed according to the experimental results exhibits a better performance comparing to the standard condensing combined burners tested before in respect of thermal efficiency.