Sentetik yakıtların sandia D yakıcısında yanma karakteristliğinin incelenmesi

Abstract

Kömür, doğalgaz, petrol ürünleri gibi fosil yakıtların kullanılmasının enerji üretimi için büyük bir avantaj sağlarken, diğer yandan dezavantajı ise yanma sonucu karbon dioksit (CO2), metan (CH4) gibi sera etkisi yaratan gazların oluşmasıdır. Bu gazlar dünyanın atmosfer tabakasında bir katman oluşturarak hava kalitesinin bozulmasına ve aynı zamanda güneşten gelen ışınların yeryüzüne çarptıktan sonra atmosferden çıkmasını engelleyerek dünyanın sıcaklığının artmasına ile canlıların hayatı için önemli bir risk oluşturmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, dünyanın enerji kaynağının gelecek yıllar için de varlığını korunması ve canlı yaşamının devamı için temiz yanma teknolojileri çok önemlidir. Temiz yanma teknolojisinde, hidrojen, karbon monoksit ve karbon dioksit karışımı olan sentez gazlar kullanılarak yanma verimi ve emisyon gazlarında iyileşme elde edilir. Sentez gaz ile ilgili literatürde birçok araştırma yapılmıştır. Yapılan araştırmalarda sentez gaz bileşenine farklı oranlarda oksijen, karbon dioksit gazı eklenerek hem deneysel çalışmalar hem de sayısal çözümler yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda sentez gaza eklenen bu kimyasal bileşenler ile yanma işleminden alınan verim artırılmış veya emisyon gazlarındaki değerlerde düşüş yaşanmıştır. Aynı zamanda baca gazı sıcaklığı, alev sıcaklığında da gazın durumuna göre değişiklikler yaşanmıştır. Bu çalışmada kullanılan yakıcı olan pilot yakıcı geometrisi Sydney Üniversitesi tarafından geliştirilmiştir. Yakıcıda kullanılan Alev D, Sandia Laboratuvarları tarafından geliştirilen ve farklı serileri bulunan pilot metan-hava jet alevlerden biridir ve 1998 yılında 3. türbülanslı alev çalıştayında (TNF3 Workshop Series) ortaya yayınlanmıştır. Basit geometri yapısına karşılık kapsamlı bir veri setine sahiptir. Alev D üzerine yapılan birçok makale ve yayının konusu olmuş ve aynı zamanda yapılan yanma modellemeleri için doğrulama çalışması olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada ANSYS Fluent HAD programı kullanılmıştır. Sayısal modellemede realizable türbülans modeli kullanılmıştır. Kimyasal çözümleme için Species transfer methodu kullanılırken, Eddy-dissipation konsept modeli seçilerek, GRI-MECH 3.0 kimyasal çözümleyici sisteme eklenmiştir. Radyasyon modeli olarak ayrık ordinatlar metodu kullanılmıştır. Sandia Alev D sayısal modelleme sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılarak model doğrulaması yapılmıştır. Doğrulanan model kullanılarak farklı hidrojen ve karbon monoksit oranlarındaki altı sentez gazı için yanma sayısal olarak çözülmüştür. Elde edilen sonuçlardan, eksenel hız, sıcaklık, kütlesel oran olarak CO, H2O ve CO2 verileri karşılaştırılarak yorumlanmıştır. Sentez gazın içeriğine bağlı olarak alev hızının artması, alev sıcaklığının yükselmesi ve emisyon gazlarının konsantrasyonunda düşüşler gözlemlenmiştir.