FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, sadece doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Yazar "Acar, Mahmut Caner" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKabarcıklı akışkan yatakta biyokütle gazlaştırma işleminin incelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Acar, Mahmut Caner ; Böke, Yakup Erhan ; 10281136 ; Makine Mühendisliği ; Mechanical EngineeringBu doktora tezinde kabarcıklı bir akışkan yatakta biyokütle gazlaştırma işlemi sırasında gerçekleşen hidrodinamik ve ısıl olaylar için hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi kullanılarak üç boyutlu ve zamana bağlı modelleme çalışmaları yapılmıştır. Tezin bir bölümünde de kimyasal reaksiyonları içeren simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Modelleme çalışmalarında Ansys Fluent programı, simülasyon çalışmalarında ise Aspen Plus programı kullanılmıştır. Modelleme çalışmaları için TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde bulunan bir kabarcıklı akışkan yatak reaktörü esas alınmış ve bu reaktörün tasarım ölçüleri dikkate alınarak model geometrisi oluşturulmuştur. Simülasyon çalışması kapsamında üç farklı simülasyon modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen her bir simülasyon öncelikli olarak deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Daha sonra, doğruluğu yapılmış simülasyonlar kullanılarak gazlaştırma performansına etki eden parametreler kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Hidrodinamik ve ısıl model çalışmalarında Euler-Euler iki akışkan modeli kullanılmıştır. Bu modelde, gazlar birincil faz, katı tanecikleri ise ikincil faz olarak ele alınmaktadır. Gaz-katı arasındaki momentum değişimi ve ısı transferi için sırasıyla, Gidaspow ve Gunn modelleri kullanılmıştır. Ayrıca, ışınımla olan ısı transferi için de P1 ışınım modeli tercih edilmiştir. Türbülans etkileri için ise k-ε ayrık (dispersed) modeli seçilmiştir. Modelleme çalışmaları kapsamında ilk olarak akışkan yatak gazlaştırıcı içindeki hidrodinamik olaylar incelenmiştir. Bu kapsamda sırasıyla, model geometrisi oluşturma, ağ atama ve model kurulumu ve çözümleme işlemleri yapılmıştır. Model geometrisi oluşturulduktan sonra ağ atama işlemi gerçekleştirilmiş ve farklı eleman sayılarından oluşan üç farklı ağ (kaba, orta ve ince ağ) oluşturulmuştur. Modelin ağa bağımlılığını ortadan kaldırmak amacıyla, aynı başlangıç ve sınır koşulları için bu üç farklı ağ ile çözümlemeler gerçekleştirilmiş ve model çalışmaları için orta ağın kullanılmasına karar verilmiştir. Daha sonra, zaman tasarrufu açısından orta ağın eleman sayısını daha da düşürmeye yönelik ek bir çalışma yürütülmüş ve eleman sayısı yaklaşık %71 oranında azaltılmıştır. Hidrodinamik model çalışmasına kabarcıklı akışkan yatak için en uygun bir akışkanlaşma hızının belirlenmesi ile başlanmıştır. Bu hız aynı zamanda yatağın boş durumundaki hızını (superficial gas velocity) ifade etmektedir. Katı taneciklerinin yatak içinde yer değiştirebilmesi ve kabarcıkların oluşabilmesi için boş yatak gaz hızının minimum akışkanlaşma hızından (Umf) büyük olması gerekmektedir. Bu nedenle hidrodinamik model çalışmalarında öncelik olarak, uygun bir akışkanlaşma hızının belirlenmesi için bir çalışma yürütülmüş ve yatak içindeki en uygun akışkanlaşma, boş yatak gaz hızının minimum akışkanlaşma hızından 3 kat daha büyük (3Umf) olduğu durum için elde edilmiştir. Uygun akışkanlaşma hızının belirlenmesinin ardından bu hız değeri için reaktör içerisindeki zamana bağlı hidrodinamik değişimler incelenmiştir. Isıl model çalışmalarında kullanılmak amacıyla, akışkana ait yoğunluk, ısı iletim katsayısı, özgül ısı ve dinamik viskozite gibi termo-fiziksel özellikler için sıcaklığa bağlı denklemler türetilmiş ve bu denklemler Fluent programına tanıtılarak akışkan özelliklerinin sıcaklığa bağlı değişimleri de göz önüne alınmıştır. Isıl model için kurulum işleminin yapılmasının ardından çözümlemelere başlanmış ve bu kapsamda reaktör içindeki sıcaklığın zamana ve konuma göre değişimi ve sıcaklığın yatak hidrodinamiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Isıl model çalışmaları iki bölümde ele alınmıştır. Birinci bölümde, akışkanlaşma hızı olarak hidrodinamik çalışmalar kapsamında belirlenen boş yatak gaz hızı (3Umf) kullanılmıştır. İkinci bölümde ise model geometrisi oluşturulurken esas alınan deneysel çalışmadaki hava ve buhar için kullanılan hızlar dikkate alınmıştır. Simülasyon çalışmasında, literatürde gazlaştırma işlemleri için sıklıkla kullanılan Aspen (Advanced System for Process Engineering) Plus paket programı tercih edilmiş ve Gibbs serbest enerjisinin minimizasyonuna dayanan kimyasal (termodinamik) denge modeli ve sınırlı kimyasal denge yöntemi göz önüne alınmıştır. Burada, bir KAYG'de gerçekleşen biyokütle gazlaştırma işlemi için üç farklı simülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen simülasyonlardan elde edilen sonuçlar ilk önce deneysel verilerle karşılaştırılarak model doğrulama işlemi yapılmıştır. Model doğrulama çalışmasının ardından gazlaştırma sıcaklığı, buhar/biyokütle oranı, eşdeğerlik oranı (equivalence ratio) ve biyokütle nem içeriği gibi çalışma parametrelerinin ürün gazı kompozisyonu, H2/CO oranı, ürün gazı alt ısıl değeri ve soğuk gaz verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Parametrik çalışmalar ile elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak, bir KAYG için en uygun çalışma koşulları belirlenmiştir.