FARKLI KOMPOZİSYONLARDAKİ SENTETİK GAZLARIN YANMA PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ

Transkript

1 VI. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 8-30 Eylül 016, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli UHUK FARKLI KOMPOZİSYONLARDAKİ SENTETİK GAZLARIN YANMA PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ Yılmaz H 1 Yılmaz İ Erzincan Üni. Erciyes Üni. Sivil Hv. Y.O. Hav.Uzy. Bil. Fa. Erzincan Kayseri Çam Ö 3 Taştan M 4 Erciyes Üni. Erciyes Üni. Hav.Uzy. Bil. Fa. Hav. Uzy. Bil. Fa. Kayseri Kayseri ÖZET Bu çalışmada farlı bileşimlerdei (H, CO, CH 4, N, CO arışımları) senteti gazların ön arışımsız, silindiri bir yaıcıdai yanma performansları ve emisyon davranışları sayısal olara incelenmiştir. Bu incelemeler ANSYS Fluent paet programında gerçeleştirilmiştir. Çalışmada ullanılan yanma modeli Mixture Fraction/PDF, türbülans modeli standart -ε ve radyasyon modeli P-1 dir. Sayısal simülasyonlar standart atmosfer şartlarında gerçeleştirilmiştir. Yaıcıya olan termal giriş, yaıt ompozisyonundan bağımsız olara 600 W olara belirlenmiş ve yanma işlemleri stoiyometri olara modellenmiştir. Sayısal simülasyonlar gerçeleştirilmeden önce çözüm süresini geresiz yere artırmama, matematisel olara aşırı belirtime neden olmama için gereen en az element sayısı ve en aliteli ağ yapısı belirlenmeye çalışılmıştır. Ağ yapısı belirlenditen sonra metan gazı yanması modellenmiş ve elde sonuçlar diğer senteti gaz yaıtların yanma performansları ve emisyon davranışlarından elde edilen veriler ile ıyaslanmıştır. %50 H %50 CO arışımı en yüse alev sıcalığını oluşturmuş ve arışımdai hidrojen mitarı azaldıça masimum alev sıcalığı düşmüştür. Yapılan çalışma sonucunda alev sıcalığının NO x emisyonları üzerindei önemli etisi açığa çımış ve test edilen arışımlar içerisinde %100 CH 4/hava arışımı en düşü NO x emisyonunu oluşturmuş, masimum alev sıcalığını oluşturan arışım ise en yüse NO x oluşumuna neden olmuştur. Bu durum, NO x oluşumunda termal Zeldovich meanizmasının etin olduğu şelinde yorumlanmıştır. GİRİŞ Tüm fosil hidroarbon yaıt aynaları (ömür, petrol, doğal gaz) yenilenebilir değildir ve doğanın bizlere değerli bir armağanıdır. Sürdürebilir bir gelişim için bu enerji aynalarının etili ve verimli bir şeilde ullanımı adına bir yol bulunması geremetedir. Temiz yanma tenolojilerinin gelişimi CO gibi sera gazı emisyonları olmadan fosil yaıt aynalarının süreli ullanımını mümün ılacatır [MillerB, 011]. Böyle bir temiz yanma tenolojisi esasen hidrojen (H ) ve arbon monosit (CO) arışımı olan senteti gazların ullanımı üzerine uruludur [LieuwenT, 010]. Senteti gazlar lignoselülozi bioütle gibi yenilenebilir enerji aynalarından veya ömür gibi fosil yaıt aynalarından üretilebilir. Senteti gaz üretimi için ullanılan aynaların ve gazlaştırma proseslerinin çeşitliliğinden dolayı, senteti gaz yaıtların bileşimi farlılı gösterebilir. Senteti 1 Araştırma görevlisi, Uça Gövde Motor Böl., E-posta: hyilmaz@erzincan.edu.tr Prof. Dr., Uça Gövde Motor Böl., E-posta: iyilmaz@erciyes.edu.tr 3 Araştırma görevlisi, Uça Gövde Motor Böl., E-posta: omercam@erciyes.edu.tr 4 Araştırma görevlisi, Uça Gövde Motor Böl., E-posta: mrt@erciyes.edu.tr

2 gazlar H, CO, CH 4, CO, N, H O ve düşü mitarlarda yüse hidroarbonlar içerebilirler [LieuwenT, 008]. Senteti gazlar aşağıdai tabloda gösterildiği gibi gaz ompozisyonlarına bağlı olara sınıflandırılırlar [JICA, 1989]. Çizelge 1: Enerji içeriği baımından senteti gazların sınıflandırılması [JICA, 1989]. Daha önce de belirtildiği gibi gelenesel yaıtlardan farlı olara senteti yaıt ompozisyonu farlılı gösterir. Gelenesel yaıtlar için optimize edilmiş yanma sistemlerinde bu yaıtları ullanmadan önce özellilerinin ayrıntılı bir şeilde analiz edilmesi gereir. Bu masatla senteti gazların yanma davranışları üzerine bu zamana adar birço çalışma yapılmıştır. Bunlardan bazıları aşağıda özetlenmiştir. Lee ve aradaşları yüse oranda H ve CO içeren senteti gazların yanma performanslarını deneysel olara incelemişlerdir. Çalışmalarından elde ettileri sonuçları, yanma performansı baımından metan gazı yanmasından elde edilen sonuçlar ile ıyaslamışlardır. Kullanılan gazların yanma performanslarını türbin giriş sıcalığı, yanma dinamileri, emisyon arateristileri ve alev yapıları baımından değerlendirmişlerdir. Yaptıları çalışmalar sonucunda senteti gazların yanma arateristilerini belirlemiş ve gaz türbin yaıcılarında metan gazı yerine senteti gaz ullanıldığında ne tür problemler ortaya çıacağını tespit etmişlerdir. Sonuçlar; senteti gazların yanma arateristilerinin H \CO oranına bağlı olara değişebileceğini, yüse H içeriğinin NO emisyonlarını artırdığını anca düşü yülerde bile CO emisyonun olmadığını, senteti gazların metanda olduğu gibi yanma titreşimine neden olmadığını ve çalışmada ullanılan gaz türbin yaıcısında metan gazı yerine senteti gazın yaıcıda ço az bir modifiye ile ullanılabileceğini göstermiştir [LeeMC, 010]. İlbaş ve Karyeyen hidrojen ilavesi içeren düşü alori değerli ömür gazlarının yanma davranışlarını sayısal olara incelemiş ve hidrojen ilavesi ile bu gazların yanma performanslarını geliştirmeye çalışmışlardır. Çalışmalarında PDF (Probability Density Fuction)/arışım esri modelini yanma modeli, deneysel sonuçlar ile daha iyi uyum gösterdiğinden -ɛ realizable modelini türbülans modeli olara ullanmışlardır. Çalışmalarında, ömür gazlarını yamadan önce doğal gazın esas bileşeni olan metanı tahminleri doğrulama için referans yaıt olara yamışlardır.. Metan alevinin tahmin edilen sıcalı profilleri deneysel sonuçlar ile ıyaslanmış ve ayrıca bu tahminler literatürdei ölçümler ile iyi bir uyum göstermiştir. Daha sonra aynı yaıt girişinden düşü alori değerli ömür gazları hidrojence zenginleştirilmiş ve bu arışımın yanması modellenmiştir. Elde edilen sonuçlar hidrojence zenginleştirilmiş ömür gazlarının yanma arateristilerinin hidrojen ilavesi ile geliştiğini anca hidrojen ilavesinin NO x seviyelerini bir mitar artırdığını göstermiştir [İlbaşM, 015]. Ghenai, gazlaştırma işlemi ile atı plasti atı ve bioütle arışımından elde edilen senteti gaz yaıtların yanma davranışlarını HAD (Hesaplamalı Aışanlar Dinamiği) yazılımları ile incelemiştir. Bu masatla yaıtı verimli bir şeilde yama ve emisyonları azaltma için can tipi burgulu bir gaz türbin yaıcısı tasarlamıştır. Çalışmasındai esas amaç senteti gaz ompozisyonu ve düşü ısıtma değerinin yanma performansı ve emisyonlar üzerindei etilerini incelemetir. Bu çalışmada ullanılan senteti yaıt, hurma çeirdeği abuğu ve polietilen atı arışımın gazlaştırılması sonucu elde edilmiştir. %30 oranında polietilen atı hurma çeirdeği abuğu ile arıştırıldığında yüse hidrojen içerili senteti gaz elde edilmiştir. Elde edilen senteti gaz; %76. H, %8.53 CO, %4.39

3 CO ve %10.90 CH 4 den oluşmatadır. Bu çalışmada üç farlı yaıt test edilmiştir. Bunlar; saf CH 4, senteti gaz ve saf H dir. Senteti gaz ompozisyonu ve düşü ısıtma değerinin alev şeline, gaz sıcalığına ve her bir birim enerji oluşumu için NO x ve CO ütlesine etileri incelenmiştir. Sonuçlar doğal gaza ıyasla masimum alev sıcalığı ve NO ütle esirlerinin senteti gaz ve saf H yanmasında daha yüse olduğunu, aynı şeilde doğal gaza ıyasla yaıcı çıışında senteti gaz yanmasının daha az CO emisyonları oluşturduğunu göstermiştir [GhenaiC, 015]. Joo ve aradaşları H /CO/CH 4 arışımı senteti gazların model bir gaz türbin yaıcısında ısmi ön arışımlı yanma arateristilerini araştırmışlardır eşdeğerli oranı aralığındai senteti gazların alev yapılarını ve arateristilerini inceleme için imyasal ışıldama ölçümleri gerçeleştirmişlerdir. Abel ters çevirme metodunu üç boyutlu imyasal ışıldama görüntülerinden ii boyutlu imyasal ışıldama alev görüntülerini elde etme için ullanmışlar ve EINO x i (Emission Index of Nitrous Oxide), alev yapısı ve egzoz gazı arasındai ilişiyi araştırma için ölçmüşlerdir. E olara EINO x tahmini için bir yapay sinir ağı modeli oluşturmuşlardır. Bu modelde alev sıcalığını, alev uzunluğunu ve giriş hava aış oranını yapay sinir ağı giriş değerleri olara ullanmışlardır. Sonuçlar ısmi ön arışım alevi EINO x arateristilerinin difüzyon alevinden farlı olduğunu göstermiştir. Dahası, EINO x arateristileri alev sıcalığına bağlıdır ve aynı ısı girdisi için eşdeğerli oranı aralığında alev uzunluğu ile ilişilendirilmiştir. Üst üste getirilen OH, CH ve C imyasal ışıldama görüntüleri çeşitli H /CO/CH 4 senteti gaz ompozisyonlarının EINO x lerini tahmin etmede ço daha doğru sonuçlar vermiştir. Bu durumu yapay sinir ağları modeli ile doğrulamışlardır [JooS, 015]. Dinesh ve aradaşları burgulu, ön arışımsız H /CO senteti gaz arışımlarının alev arateristilerini LES (Large Eddy Simulation) ve detaylı imya modeli ullanara incelemişlerdir. Çalışmalarında ullandıları yaıcı onfigürasyonu doğal gaz yanmasının geniş çaplı deneysel analizleri için ullanılan TECFLAM yaıcısıdır. Elde edilen sonuçlar hidrojence ve arbon monositçe zengin alevler arasında hem hız hem de diğer salar özelliler baımından büyü farlılılar göstermiştir. Bu durum yaıt çeşitliliğinin alev arateristilerine olan etisine bağlanmıştır. Son olara H nin yüse yayılma abiliyetinden dolayı, hidrojence zengin alevin arbon monositçe zengin aleve göre daha alın alevler oluşturduğu tespit edilmiştir [DineshK, 013]. Yaıt ompozisyonunun alev özellilerine etilerinden ayrı olara, bu ompozisyonun alev ararlılığına olası etileri onusuna da özel ilgi gösterilmiştir. Ön arışım ve difüzyon alevlerinin çalışma aralıları (Alev tepmesi ve sönme limitleri ile tanımlanır.) birço araştırmacı tarafından incelenmiştir. Bu araştırmacılar özellile H gibi senteti gaz bileşenlerinin alevin ararlılı aralığını nasıl etilediğini incelemişlerdir. Senteti gazlar yüse mitarda CO de içerirler. CO ararlılı aralığını yavan şartlara doğru taşır. CH 4, CO ve H alev davranışını etileyen ço farlı taşınım özellilerine ve alev hızlarına sahiptirler. Örneğin H ve CO düşü eşdeğerli oranlarında çalışmaya müsaade edere (Bu durum emisyonları azaltır.) yüse sıcalılı ve yüse hızlı alevler oluştururlar. Anca bu tür yaıtlar alev geri tepmesine neden olurlar ve bu durum sıcalı dayanımı düşü olan ve onum olara yanma odalarının yuarı aımına yerleştirilmiş yaıt enjetörleri için bir güvenli tehdidi oluşturur. Bu nedenle birço araştırmacı alev geri tepmesi meanizmasını araştırmıştır. Tuncer ve aradaşları senteti gazların önemli bir bileşeni olan hidrojenin (yüse yanma oranından dolayı) saf metan yaıta ilavesinin alev davranışına (yavan sönme limiti, alev geri tepmesi ve basınç genliği) etisini incelemişlerdir. Bu masatla laboratuvar ölçeli, ön arışımlı bir yaıcı tasarlamış ve üretmişlerdir. Bu yaıcıda saf metandan başlayara artan oranlarda hidrojen içeren yaıt arışımlarını yamışlardır. Çalışmalarında ısı salınımı, emisyon ve alev geri tepmesi ölçümlerini gerçe zamanlı olara yapmışlar ve ayrıca termoausti temelli basınç dalgalanmaları ve alev geri tepmesi arasındai ilişiyi de araştırmışlardır. Yapılan çalışma hidrojenin mol esrindei artışın alev geri tepme eğilimini artırdığını ve bu hidrojen ilavesinin dominant austi modda ani bir değişiliğe neden olabileceğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlar hidrojen ilavesinin NO oluşumunu artırmasına rağmen, ço yavan şartlarda yanmaya imân sağladığını göstermiştir. Bu düşü yavan sönme limitinden faydalanara, yaıcı ço yavan şartlarda çalıştırılabilirse, alev sıcalığının düşeceği ve termal NO oluşumunun azalacağı belirtilmiştir. Son olara basınç çevrimi, 3

4 periyodi alev geri tepmesi davranışı ve NO emisyonları arasında yaın bir bağlantı olduğu tespit edilmiştir [TuncerO, 009]. Armingol ve Ballester senteti gaz yanmasındai temel aygılar (ararlılı aralığı, yanma ararsızlıları ve irletici emisyonlar) üzerine çalışmışlar ve basınç dalgalanmaları ile alev geri tepmesi arasındai ilişiyi incelemişlerdir. Sonuçlar yaıt ompozisyonunun ararlılı aralığı (özellile alev geri tepmesi oluşumu) üzerindei önemli etisini ve yaıcı onfigürasyonunun da ararlılı aralığını etilediğini açığa çıarmıştır. Bu çalışmada riti Damöhler numarasının tanımlanması gibi bazı yalaştırımların bulunmasına rağmen, belirli yaıt arışımlarının ve yaıcı geometrilerinin ararlılı aralığı olduça doğru bir şeilde tahmin edilmiştir. Son olara yüse hidrojen içerili bazı yaıt arışımlarında, belirli şartlar altında, alev geri tepmesi ve termoausti ararsızlılar arasında tetileyici bir meanizmanın varlığının anıtı bulunmuştur [ArmingolT, 015]. Lee ve Kil ömürden elde edilen, düşü alori değerli senteti gazların alev ararlılılarını, termal ve yaıt aynalı NO x oluşum arateristilerini deneysel olara incelemişlerdir. Çalışmalarında ullandıları senteti yaıtı yaıcıya olan termal girişin doğal gaz ile aynı olması isteği ile CO, H ve amonya arışımından üretmişlerdir. Bu senteti gaz arışımı için eş değerli oranını değiştirere ararlı yanma aralığını belirleme, alev sönmesi ve alev geri tepmesi gibi alev ararsızlılarını tanımlama için alev davranışını gözlemlemişlerdir. Egzoz gazlarındai NO x içeriğini, senteti gaz yanması sonucu oluşan termal ve yaıt aynalı NO x emisyonlarını doğal gaz yanması sonucu oluşan NO x emisyonu sonuçları ile ıyaslama için ölçmüşlerdir. Son olara N ile seyreltme işlemini NO x azaltma teniği olara uygulamış, bu teniğin NO x emisyonu ve alev ararlılığına etilerini araştırmışlardır [LeeC, 009]. Emadi ve aradaşları düşü burgu numaralı, yavan ön arışımlı bir yaıcının termoausti davranışını biraç parametrenin değişi varyasyonları açısından deneysel olara incelemişlerdir. Bu parametreler; eş değerli oranı, yanma odası basıncı, aış hızı ve yaıt arışımına hidrojen ilavesi mitarıdır. Bu çalışmada farlı ompozisyonlarda ii farlı yaıt ullanılmıştır. Bunlar; saf metan ve %80 metan-%0 hidrojen arışımıdır. Yapılan çalışmalar eşdeğerli oranındai artışın dominant austi modların freans ve genliğini artırdığını, yaıt aış oranındai artışın austi modlara etisinin düşü olduğunu (Saf metanda aış hızındai artış freansı azaltmış, hidrojen ilaveli yaıtta ise freansta artışlar görülmüştür.) göstermiştir. Basıncın austi davranışa etisi düzensiz olduğundan anlamlı bir sonuç elde edilememiştir. Son olara yaıcı ve yanma odası tasarımının da austi davranışı etilediği tespit edilmiştir [EmadiM, 013]. Deneysel çalışmalar ile ıyaslandığında hesaplamalı aışanlar dinamiği alev davranışının ucuz ve güvenli bir şeilde anlaşılmasını mümün ılar. Bu yalaşımın doğruluğu fizisel modelin düzgün bir şeilde oluşturulmasına ve uygun türbülans, radyasyon ve imya modellerinin ullanımına bağlıdır. Kimya modeli alev sıcalığı, alev hızı gibi çeşitli alev özellilerinin ve emisyonların belirlenmesi için önemli bir elementtir. Senteti gaz yanması için çeşitli imya meanizmaları geliştirilmiş ve deneysel veriler ile (çeşitli senteti gaz arışımları için ) doğrulanmıştır. Bu çalışmada farlı bileşimlerdei senteti gazların yanma ve emisyon davranışları HAD yazılımları ullanılara sayısal olara incelenmiştir. Bu masatla literatürde bulunan silindiri bir yanması odası modellenmiştir. Yanma modeli olara Mixture Fraction/PDF, türbülans modeli olara standart -ε ve radyasyon modeli olara P-1 ullanılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlar gaz türbin sistemlerinde yaygın olara ullanılan metan gazı yanmasından elde edilen veriler ile ıyaslanmıştır. MATEMATİKSEL MODEL Bu çalışmada silindiri bir yanma odasında ararlı hal yanma işlemi, yanma odası içindei sıcalı, tür ve hız dağılımları ve bu dağılımlara radyasyonun etisi hesaba atılara modellenmiştir. Kütlenin Korunumu İi boyutlu asi-simetri geometriler için ütlenin orunumu aşağıdai gibi yazılabilir. ρ t + x (ρv x) + ρ r (ρv r) + ρv r r = S m (1) 4

5 Burada x ve r esenel ve radyal oordinatları v x ve v r esenel ve radyal hızları, ρ aışanın yoğunluğunu, S m ayna terimi ifade etmetedir [Fluent, 003]. Momentumun Korunumu İi boyutlu asi-simetri geometriler için radyal momentum orunum denlemi aşağıdai gibi yazılabilir. t (ρv r) + 1 r + 1 r x (rρv xv r ) + 1 r r [rμ ( v r r 3 (. v ))] μ v r r + 3 r (rρv rv r ) = p r + 1 r μ x [rμ ( v r x + v x r )] r (. v ) + ρ v z + F r r r () Bu denlemlerde terimi vetör operatörü olup aşağıda verilmiştir [Fluent, 003].. v = v x + v r + v r x r r (3) -ε Türbülans Modeli Standart -ε model, Reynolds gerilmelerini şu şeilde ifade eder; Burada türbülans ineti enerjisini, u u i j uiu j t i (4) x j x i 3 t türbülans visozitesini ifade eder. C C t (5) sabit, ε ise ineti enerji yitim hızıdır. Türbülans ineti enerjisi ve enerji yitim hızı için eşitliler; G x i x i ui x x xi t u G i i i t C xi 1 G C G ortalama hız gradyanından dolayı türbülanslı ineti enerji oluşumudur. Sabitler; C C, C,, ve sırasıyla 1.44, 1.9, 0.09, 1.0, ve 1.3 dir [Fluent, 003]. 1, (6) (7) Mixture Fraction/PDF Model Ön arışımsız modelleme yalaşımında orunan bir veya ii saler özelliğin taşınım eşitlileri çözülür. Her bir tür için ayrı bir eşitli çözülmez. Bunun yerine, tür onsantrasyonları tahmin edilen arışım esri alanlarından elde edilir. Türbülans ve yanma imyası etileşimi ise PDF (Probability Density Function İman dahilindei yoğunlu fonsiyonu) ile hesaba atılır. Ön arışımsız modelleme yalaşımı bazı abuller üzerine uruludur. Aışanın anlı termo-imyasal durumu orunan saler bir özelli olan arışım esrine ( f ) bağlıdır. Karışım esri aşağıdai gibi yazılabilir. f f (8) m f m m O 5

6 Bu denlemde m f ve m O yaıt ve ositleyicinin ütle esirlerini göstermetedir. Karışım oranı, türbülanslı aış alanının her bir notasında orunan bir özellitir. Bütün türler için eşit yayılabilirli abulü altında, bütün tür taşınım eşitlileri te bir eşitliğe indirgenebilir. Tür denlemlerindei reasiyon ayna terimi iptal olur ve böylece arışım esri orunur. Bu abul türbülans dalgalanmalarının moleüler difüzyon etilerine üstün geldiği türbülanslı aışlar için uygundur. Yoğunlu ortalamalı arışım esri eşitliği; ( f ) ( u f ) t t x t t f x S m (9) Burada S m ayna terimdir. Bu eşitliğe e olara Fluent, arışım esri varyansı için bir orunum denlemi çözer. ( f t ) ( uf x ) t f x t x f C gt x Cd f (10) Burada f arışım esri varyansı, C g ve C d model sabitleridir [Fluent, 003]. YANMA ODASI GEOMETRİSİ Bu çalışmada ullanılan yanma odası geometrisi ve bu yanma odasının ölçüleri aşağıda verilmiştir. Yaıt girişi 3 cm, hava girişi cm dir. r 1.7 m 0.5 m 0.15 m Hava Yaıt Şeil 1: Yanma odasının geometrisi [Garre tond, 1994]. Ürünler z ÇALIŞMADA KULLANILAN YAKITLAR ve KOMPOZİSYONLARI Bu çalışmada ullanılan yaıt arbon içeren bioütle, ömür, plasti veya entsel atılardan çeşitli gazlaştırma yöntemleri ile üretilmiş senteti gazdır. Senteti gazların bileşimi ve termal özellileri gazlaştırma işlemi sırasındai basınç ve sıcalığa, reatör tipine ve senteti gaz üretiminde ullanılan ham maddenin bileşimine bağlıdır. Bu çalışmada ullanılan senteti gaz ompozisyonları aşağıdai şeilde verilmiştir. Çizelge : Test edilen yaıt ompozisyonları [AlavandiSK, 008] %H %CO %CH 4 I II III IV V VI

7 VII VIII SAYISAL AĞ ve ANALİZ ŞARTLARI Bu çalışmada sayısal ağın oluşturulması mapped mesh yöntemi ile gerçeleştirilmiş ve altı farlı ağ yapısı oluşturulmuştur. Grid bağımsızlığı analizleri yapılmış ve 40x10 ağ yapısının en uygun ağ yapısı olduğu belirlenmiştir. Şeil de bu analiz sonuçları görülmetedir. Sıcalı (K) Şeil : Grid bağımsızlığı sonuçları Yapılan hesaplamalar daha sı ağ yapısı oluşturulara değerlendirilmiş, sonuçlarda ayda değer bir değişili gözlenmemiştir. Yapılan hesaplamalar en yüse 4500 iterasyon sonucunda yalaşı olara 40 daiada tamamlanmıştır. Bütün değişenlerde, hesaplanan sonuçlar arası far en yüse 1x10-6 olara elde edilmiştir. Yanma işlemi ön arışımsız olara Fluent programında sonlu hacimler metodu ile simüle edilmiştir. Yanma duvarı yüzeylerinde adyabati varsayımı ve aymama oşulu abulü yapılmıştır. Yer çeiminin etileri ihmal edilmiştir. Aış modeli olara standart ε türbülans modeli seçilmiştir. Yanma modeli olara Mixture Fraction/PDF modeli, ışınımın etilerini hesaba atma içinde P-1 modeli ullanılmıştır. P-1 modeli zamandan tasarruf sağlama nedeni ile seçilmiştir. Yanma odasına yaıt ve hava aış hızları, yaıcıya olan termal girişin 600 W olduğu varsayımı yapılara, her bir yaıt arışımı için ayrı ayrı hesaplanmıştır. SAYISAL SONUÇLAR Yanma odası içerisindei sıcalı dağılımları tüm yaıt arışımları için benzer bir davranış göstermiştir. En yüse sıcalı %50 H - % 50 CO arışımında görülmüştür. Bu durum, yaıttai hidrojen içeriğinin artışı ile açılanabilir çünü hidrojenin hem termal hem de moleüler yayılabilirliği ço yüsetir. Sıcalı grafiği incelendiğinde esenel doğrultudai sıcalı artışının, bütün yaıt arışımları içinde metan yanmasında daha hızlı gerçeleştiği görülmetedir. Bu durumun, metan yanmasında görece yavaş CO + O CO tepimesinin [TurnsSR, 000] diğer yaıt arışımlarına ıyasla daha düşü oranlarda gerçeleşmesinden aynalandığı 7

8 düşünülmetedir. Esenel doğrultudai en yavaş sıcalı artışı %50 H - %50 CO yaıt arışımda beleniren, %45 H - %45 CO - %10 CH 4 yaıt arışımında görülmüştür. Bunun sebebi, %50 H - %50 CO yaıt arışımında metanın yoluğudur. Hidroarbon yanması basitçe ii adımda incelenece olursa: il adımda yaıt moleülleri arbon monosite parçalanır, iinci adımda ise CO ositlenere CO oluşur [TurnsSR, 000]. %45 H - %45 CO - %10 CH 4 yaıt arışımında %10 oranında bulunan metan, arbon monosit oranına atı sağlamıştır. %50 H %40 CO %10 CH 4 arışımında, %45 H - %45 CO - %10 CH 4 arışımına ıyasla metan oranı sabit tutulup H oranı %5 artırıldığında ve CO oranı %5 azaltıldığında esenel doğrultudai sıcalı artışının görece daha hızlı gerçeleştiği, %35 H % 45 CO %0 CH 4 arışımında ise %40 H %40 CO %0 CH 4 arışımına ıyasla metan oranı sabit tutulup H oranı %5 oranında azaltıldığında ve CO oranı %5 artırıldığında esenel doğrultudai sıcalı artışının görece daha yavaş gerçeleştiği görülmetedir. Sıcalı (K) Şeil 3: Sıcalığın değişimi Yanma odası içindei hız dağılımları incelendiğinde en fazla hız artışının saf metan yanmasında olduğu görülmetedir. Bunun sebebi, daha önce de belirtildiği gibi metan yanmasında görece yavaş CO + O CO tepimesinin diğer yaıt arışımlarına ıyasla daha düşü oranlarda gerçeleşmesidir. %0 H - %0 CO - %60 CH 4 yaıt arışımında ise metan oranı azaldıça hız artışı azalmıştır. %50 H - %50 CO, %45 H - %45 CO - %10 CH 4, %40 H - %40 CO - %0 CH 4, %35 H - %35 CO - %30 CH 4 yaıt arışımlarında hız artışı, diğer yaıt arışımlarına ıyasla daha düşü oranlarda gerçeleşmiştir. Bu durumun arışımdai CO oranının artmasından ve hidrojen artışının bu etiye basın gelememesinden aynalandığı düşünülmetedir. %50 H %40 CO %10 CH 4 ve %35 H %45 CO %0 CH 4 yaıt arışımlarında %45 H - %45 CO - %10 CH 4 ve %40 H %40 CO %0 CH 4 yaıt arışımlarına ıyasla metan oranı sabit tutulup H ve CO oranları değiştirildiğinde hız artış grafilerinin hemen hemen benzer anca bu durumda hız artışında hidrojen etisinin basın olduğu görülmetedir. 8

9 Hız (m/s) Şeil 4: Hızın değişimi Tüm yaıt arışımları içinde en yüse alev sıcalığına neden olan arışım, en fazla NO x oluşturmuştur. Bu durum NO x oluşumunda termal Zeldovich meanizmasının etin olduğunu gösterir. Saf metan yanmasından başlayara, arışımdai hidrojen içeriği arttıça yanma odası içinde görülen masimum alev sıcalıları, yalaşı olara 0-30 K artmıştır. En yüse ve en düşü masimum alev sıcalıları arasında 10 K far vardır. Buna arşın, masimum alev sıcalığına neden olan yaıt arışımının NO x emisyonu mitarı minimum alev sıcalığına neden olan yaıt arışımının NO x emisyonu mitarının yalaşı olara 10 atıdır. Bu durum NO x oluşumunun sıcalı bağımlılığının ne adar yüse olduğunu gösterir. 9

10 Şeil 5: NO x emisyonunun değişimi CO Kütle Kesirleri NOx ütle esri Şeil 6: CO dağılımı Bütün analizler stoiyometri olara tam yanma varsayımı ile gerçeleştirildiğinden ve yüse sıcalılardai çözünme ihmal edildiğinden, yaıt arışımlarındai arbon mitarı arttıça CO mitarı da artmıştır (Şeil 6). Şeil 7-9 da CH 4, CO ve H gazlarının simetri eseni boyunca ütle esirleri verilmiştir. 10

11 CH4 Kütle Kesirleri Şeil 7: CH 4 dağılımı CO Kütle Kesirleri Şeil 8: CO dağılımı 11

12 H Kütle Kesirleri Şeil 9: H dağılımı Teşeür Bu çalışma, Tübita tarafından 15M81 odlu bilimsel araştırma projesi apsamında destelenmiştir. 1

13 Kaynalar AlavandiSK., AgrawalAK., 008. Experimental study of combustion of hydrogen syngas/methane fuel mixtures in a porous burner Internatıonal Journal of Hydrogen Energy 33: DineshKR., LuoKH., KirpatricMP., MalalaseeraW., 013. Burning syngas in a high swirl burner: Effects of fuel composition. International Journal of Hydrogen Energy, 38(1): EmadiM., KarowD., MelendezA., RatnerA., 013. Parameter variations and the effects of hydrogen: An experimental investigation in a lean premixed low swirl combustor. International Journal of Hydrogen Energy, 38: Fluent Incorporated. FLUENT User's guide version 6.1, 003. García-ArmingolT., BallesterJ., 015. Operational issues in premixed combustion of hydrogen-enriched and syngas fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 40(): Garre tond., SimoninO., Aerodynamics of steady state combustion chambers and furnaces. In ASCF Ercoftac Cfd Worshop, Org: EDF Chatou, France. GhenaiC., 015. Combustion and Emissions Performance of Syngas Fuels Derived from Palm Kernel Shell and Polyethylene (PE) Waste via Catalytic Steam Gasification. Combustion, 1: İlbaşM., KaryeyenS., 015. A numerical study on combustion behaviors of hydrogen-enriched low calorific value coal gases. International Journal of Hydrogen Energy, 40(44): Japan International Cooperation Agency (JICA), The Final Report for the Feasibility Study on Effective Utilization of Bano Coal in Republic of Indonesia, Volume I (1989) JooS., YoonJ., KimJ., LeeM., YoonY., 015. NOx emissions characteristics of the partially premixed combustion of H /CO/CH 4 syngas using artificial neural networs. Applied Thermal Engineering, 80: LeeC., KilH. G., 009. Effects of nitrogen dilution for coal synthetic gas fuel on the flame stability and NO x formation. Korean Journal of Chemical Engineering, 6(3): LeeMC., SeoSB, ChungJH, KimSM, JooYJ, AhnDH., 010. Gas turbine combustion performance test of hydrogen and carbon monoxide synthetic gas. Fuel : 89(7): LieuwenT., McDonellV., PetersenE., SantaviccaD., 008. Fuel flexibility influences on premixed combustor blowout, flashbac, auto ignition, and stability. J. Eng. Gas Turbines Power 130: LieuwenT., YangV, YetterR., 010. Synthesis gas combustion: fundamentals and applications. FL, USA: CRC Press Taylor and Francis Group. MillerB., 011. Clean coal engineering technology. Burlington, MA,USA: Butterworth-Heinemann. TuncerO., AcharyaS., UhmJH., 009. Dynamics, NO x and flashbac characteristics of confined premixed hydrogen-enriched methane flames. International Journal of Hydrogen Energy, 34: TurnsSR., 000. An Introduction to Combustion, Second Edition. McGraw-Hill, Singapore, 700pp. 13