Yüksek iç resirkülasyonlu bir yanma odası için renksiz dağıtılmış yanma şartlarında yanma karakteristiklerinin araştırılması
Investigation of combustion characteristics on colorless distributed combustion conditions in a high internal recirculative combustor
Yazar: ALPARSLAN İLBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA BAHADIR ÖZDEMİR ; DOÇ. DR. SERHAT KARYEYEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alevsiz yanma = Smoldering combustion ; Türbülanslı yanma = Turbulent combustion

Özet:
Bu çalışmada yüksek iç resirkülasyonlu yanma odasında renksiz dağıtılmış yanma şartlarında yanma karakteristiği araştırılmıştır. Gaz türbini yanma odası karakteristiğine benzer, yüksek termal enerji yoğunluğuna sahip bir yanma odası modeli kullanılarak, oksitleyici olarak gönderilen havadaki oksijen oranının düşürülmesi ile ve hava giriş kısmına eklenen özgün tasarlanan girdap oluşturucular etkisinde yanma analizleri sayısal çözümleme ile gerçekleştirilmiştir. Yakıt olarak metan gazı ve kok fırını gazı kullanılan çalışmada, ilk olarak oksitleyici hava içerisindeki oksijen oranı %21, %19, %17 ve %15 olarak kademelendirilmiştir ve sonuçlar incelenmiştir. Oksijen oranının %21'den %15'e düşürülmesi ile birlikte yanma odasını içerisinde ulaşılan en yüksek sıcaklıkta %9 oranında düşüş gözlemlenmiştir. Bununla birlikte azot oksit oluşumunda %99 oranında düşüş gözlemlenmiştir. Oksitleyici hava içerisindeki oksijen oranının düşülmesi ile birlikte, havanın farklı girdap sayılarında şartlandırılmasının etkilerini incelemek amacıyla uygun girdap oluşturucular tasarlanmış ve girdap sayısı 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 ve 1 için sonuçlar incelenmiştir. Oksitleyici hava içerisindeki oksijen oranının düşürülmesi ve girdap sayısının dağıtılmış yanma şartlarının elde edilmesine katkısı incelenmiş ve yanma sonu gazlardaki azot oksit oluşumu değerlendirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, oksijen oranındaki düşüş etkisinde yanma odası boyunca sıcaklık dağılımının daha homojen gerçekleştiği, termal ve ani azot oksit oluşum değerlerinde büyük ölçüde azalma meydana geldiği ve ulaşılan en yüksek sıcaklık değerlerinin düştüğü görülmüştür. Girdap oluşturucu etkisinde hava ve yakıt karışımının daha hızlı gerçekleştiği, bunun yanma odası içerisinde akış karakteristiği üzerine etkileri olduğu ve genel olarak dağıtılmış yanma şartlarına yakın koşulların elde edilmesine yardımcı olabilecek şekilde resirkülasyona olumlu etkileri olduğu gözlemlenmiştir. %21 oksijen oranı için, girdap sayısının 0'dan 1'e çıkarılması ile azot oksit oluşumu yaklaşık %50 oranında düşürülebilmiştir.

Abstract:
In this study, the combustion characteristics were investigated under colorless distributed combustion conditions in the combustion chamber with high internal recirculation. By using a combustion chamber model with high thermal energy density similar to the gas turbine combustion chamber characteristic, the combustion analyses were carried out by reducing the oxygen ratio in the air sent as the oxidizer and under the influence of uniquely designed vortex generators added to the air inlet part, by numerical analysis. Firstly, which used methane gas and coke oven gas as fuel, the oxygen ratio in the oxidizing air was graded as 21%, 19%, 17% and 15%, and the results were examined. When the oxygen rate was reduced from 21% to 15%, a 9% decrease in the highest temperature reached in the combustion chamber was observed. In addition, a 99% decrease in nitrogen oxide formation was observed. In order to examine the effects of conditioning the air at different swirl numbers along with the reduction of the oxygen content in the oxidizing air, suitable swirler were designed and the results for swirl numbers 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 and 1 were examined. The contribution of the reduction of the oxygen content in the oxidizing air and the swirl number to obtaining the distributed combustion conditions were investigated and the formation of nitrogen oxides in the produced gases was evaluated. When the results were examined, it was observed that the temperature distribution throughout the combustion chamber was more homogeneous under the effect of the decrease in the oxygen ratio, the thermal and prompt nitrogen oxide formation values were greatly reduced, and the highest temperature values reached were decreased. It has been observed that the air and fuel mixture occurs faster in the swirler effect, which has effects on the flow characteristics in the combustion chamber and has positive effects on recirculation, which can help to obtain conditions close to distributed combustion conditions in general. For 21% oxygen ratio, nitrogen oxide formation could be reduced by approximately 50% by increasing the swirl number from 0 to 1.