Yazar
Nazzal, Ibrahim Thamer Nazzal
Basım Tarihi
2018-08
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
10b7ec27-ab3c-4624-adf0-1198f9a3ec9b
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2018-08
Örnek Metin
Birçok yanma sistemi uygulamasında, özellikle yanma sisteminin tasarımında, uygun bir alev konumunun elde edilmesi arzu edilir. Türbülanslı akışların özelliklerinin alev davranışını ve yanma sistemlerinin tasarımını etkilediği göz önüne alındığında, uygun karakteristikler seçilerek alev konumu, yanma odası geometrisinin tasarımını bozmadan arzu edilen seviyelerde kontrol edilebilir. Bir geri besleme kontrol yöntemi, alev konumunu arzu edilen seviyede stabilize etmek için türbülanslı akışların özelliklerini kullanır. Bu çalışmanın temel amacı, türbülanslı akışın özelliklerini kullanarak alev konumu kontrolü için bir strateji sunmaktır. Türbülans yoğunluğu ve uzunluk ölçeği türbülanslı akışın ana parametreleri arasındadır. Bu nedenle bu çalışmanın ikincil amacı türbülans yoğunluğunun ve uzunluk ölçeğinin alev konumu üzerindeki etkisini araştırmaktır. Alev konumunun türbülansa bağımlılığının araştırılması, uygun yanma odası geometrisinin seçilmesine dayanmaktadır. Bu amaçla, çeşitli türbülans yoğunluklarına ve uzunluk ölçeklerine maruz kalan türbülanslı ön karışımlı bir alevin alev konumunun tepkisini ortaya çıkarmak için eksenel simetrik difüzör formu kullanılmıştır. Akış yön boyunca yavaşladığından difüzör seçilir. Böylece alev hızı arttığında alevin girişe doğru yayılması beklenir. Bu şekilde türbülansın etkisi termal güç değiştirilmeden incelenebilir. Ayrıca yanma odası boyunca akış yavaşladığından patlamayı ve alevin sönmesini önlemek için difüzör yakıcı kullanılır. Bu çalışma için iki tip difüzör yanma odası seçilmiştir. İlk yakıcı silindirik bir difüzördür, ikincisi ise konik ara parçalı silindirik bir difüzördür. Türbülanslı önceden karıştırılmış propan alevleri için difüzör yanma odasına, k-epsilon türbülans modeliyle Reynolds ortalamalı Navier-Stokes akış modeline entegre edilmiş tutarlı bir alev modeli kullanılarak sayısal simülasyonlar uygulanır. İlk olarak, difüzör tipi bir yanma odasında türbülansın alev konumu üzerindeki etkisi kararlı durum koşulları altında incelenmiştir. Sonuçlar, orta ve yüksek türbülans uzunluk ölçekleri için türbülans yoğunluğunun artmasıyla birlikte alev konumunun difüzör yanma odasının girişine doğru hareket ettiğini göstermektedir. Alev konumunun davranışı düşük türbülanslı uzunluk ölçeğinde farklıdır. Alev konumu, türbülans yoğunluğunun artmasıyla birlikte başlangıçta azalır ve daha sonra sabitlenir. Ayrıca alev alanı yoğunluğu, türbülans yoğunluğunun ve türbülans uzunluğu ölçeğinin artmasıyla alev konumunu etkiler. Türbülans yoğunluğu ve uzunluk ölçeği aynı anda alev alanı yoğunluğunu, alev şeklini ve alev konumunu etkiler. İkinci olarak, kararsız simülasyonların sonuçları, türbülans yoğunluğunun, uzunluk ölçeğinin ve akış ayrımının, önceden karıştırılmış türbülanslı yanmanın alev konumu üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Türbülans şiddetinin ve uzunluk ölçeğinin artması sonucu alev cephesi difüzör girişine doğru hareket eder. Yüksek türbülans yoğunluğu için alev konumu difüzörün ortasına düşer. Ancak türbülans yoğunluğunun etkisi, test edilen aralıkta türbülans uzunluğu ölçeğine göre daha görünürdür. Sabit bir türbülans yoğunluğunda türbülans uzunluğu ölçeğindeki bir artış, alev konumunda bir azalmaya neden olur. Yanma ve giriş türbülansının esas olarak alev cephesinin aşağısında bir akış ayrımına neden olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, ikincil akış yapıları alev topolojisini ve konumunu etkiler. Bu nedenle alevin konumu ve şekli, akış ayrımından ve türbülans yoğunluğundan ve uzunluk ölçeğinden etkilenir. Üçüncü olarak, akış ayrımını ortadan kaldırmak için difüzör tipi yanma odasının ortasına konik bir eklenti yerleştirilir. İki difüzör tipi yanma odasında (konik eklentili ve konik eklentisiz) türbülansın alev konumu üzerindeki etkisi araştırılmış ve karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, iki difüzör tipi yanma odasında türbülans yoğunluğu ve uzunluk ölçeğinin artmasıyla alevin difüzör girişine doğru hareket ettiğini göstermektedir. Yüksek türbülans uzunluk ölçeğinde, türbülans yoğunluğunun artmasıyla birlikte konik uçlu difüzörün girişinde alev hızla düşerken, difüzör konik uçlu kullanılmadığında alev orta seviyeye düşer. Ayrıca her iki durumda da düşük türbülans yoğunluklarında alev lokasyonunun eğilimlerinde benzerlik gözlenmiştir. Sonuçlar, Taylor ölçeğindeki Reynolds sayısının türbülans yoğunluğu ve uzunluk ölçeği değil, alev konumunun etkili parametresi olduğunu göstermektedir. Taylor ölçeğindeki Reynolds sayısının artması alev konumunun yanma odası girişine doğru hareket etmesine neden olur. Alev, yüksek türbülanslı Taylor ölçekli Reynolds sayısında yanma odasının girişine düşer. Konik eklenti olmayan difüzörde akış ayrımı gözlenir, konik eklenti kullanılarak akış ayrımı ortadan kaldırılır. Son olarak, difüzör yanma odasındaki alev konumunun kontrolü, çeşitli türbülanslı akış özellikleri altında incelenmiştir. Bu amaçla bir kontrol stratejisi önerilmektedir. Java makrosu olarak yazılan kontrol algoritması, STAR CCM+ adlı ticari bir CFD yazılımına uygulanır. Bu çerçeve, kararsız durum kontrollü koşullar altında önceden karıştırılmış türbülanslı alev için tüm simülasyonları gerçekleştirmek için kullanılır. Algoritma, türbülans kinetik enerjisini ve türbülans dağılım hızını ayarlamak için oluşturulmuştur. Alev konumunu istenilen seviyede stabilize etmek için geri bildirim kontrolü uygulanır. Sonuçlar, girişteki türbülans kinetik enerjisinin kontrolünün, hedeflenen seviyedeki alev konumunu kontrol ettiğini göstermektedir. Ayrıca alev konumunun yüksek türbülans kinetik enerjisi için düşük seviyeye, düşük türbülans kinetik enerjisi için ise yüksek seviyeye hareket ettiği gözlenmiştir., Uygun alev konumu, yanma sonuçları uygulamaları, özellikle yanma sonuçları tasarımında talep edilir. Sınır, koşullar, yanma odası geometrisi ve türbülans akışı geometrisi gibi birçok parametre alev davranışını etkiler. Verilenlere göre türbülans akışlarının özellikleri, alev davranışını ve yanma sisteminin tasarımını etkiler. Alev konumu, yanma odasının geometrisinin uygun özellikleri seçimi ile tasarımı bozulmadan istenen seviyeler içinde kontrol edilebilir. Bir geri bildirim kontrol yönteminin alevin istenilen şekilde kararlı hale getirilmesi için türbülans analizinin çözümünden yararlanır. Bu çalışmanın esas amacı türbülans analizinin özelliklerini kullanarak alev konum kontrolü için bir strateji ortaya koymaktır. Türbülanslı parçaların ve uzunlukların, türbülanslı analizlerin ana verileri mevcuttur. Bu nedenle, bu çalışmanın ikinci amacı alev konumunda türbülans birimleri ve uzunlukların dağılımının araştırılmasıdır. Alevin türbülansa bağlılığının bulunduğu, uygun bir yanma odası geometrisinin dayanabileceği. Bu amaçla, simetrik eksenli difüzör şekli türbülanslı, farklı türbülans şiddetlerine ve uzunluk ölçülerine maruz bırakılmış önceden hazırlanmış alevin alevin alevinin ortaya çıkmasını çıkarmak için kullanılır. Akışın yönü boyunca yavaşlaması nedeniyle difüzör seçildi. Bu nedenle alev hızı arttığında alevin içeri doğru çalıştırılması beklenir. Bu şekilde, termal güç değişimi olmadan türbülans etkisi çalışılabilir. Ek olarak, yanma odası boyunca yavaşlayan akış nedeniyle, alevin sönmesi ve boşaltmadan telafisi için difüzör yakıcı kullanılır. Bu çalışma için iki tip yakıcı difüzör seçildi. Birinci yakıcı silindirik bir difüzör iken ikinci konik eklemeli silindirik difüzördür. Türbülanslı olarak karıştırılmış propan alevleri için difüzör yakıcıya, Reynolds-ortalamalı Navier-Stokes coğrafya modeline k-epsilon türbülans modeli ile entegre edilmiş uyumlu bir alev modeli ile dijital simülasyonlar kapsamındadır. İlk olarak, bir difüzör tipli yanıcıdaki türbülansın alev konumu üzerindeki etkin kararlı durumlar altında çalışıldı. Sonuçlar, alevlerin olduğu, orta ve yüksek türbülans uzunlukları ölçüleri için türbülans yoğunluğundaki artışla birlikte difüzör yanma odasının girişinin doğru hareket ettiğini gösteriyor. Düşük türbülans uzunluk ölçülerinde alev konumu değişiyor. Alev konumu türbülanlardaki artışla beraber başlangıçta küçültüldü ve sonra kararlı hale geldi. Ayrıca, alev alanı yoğunluğu türbülans esnekliği ve türbülans uzunluklarındaki artış ile birlikte alevin mukavemet etkileri. Türbülans dağılımı ve uzunlukların aynı zamanda alev alanı yoğunluğu, alev şekli ve alevin dayanıklılığı etkileri. İkinci olarak, kararsız simülasyonların sonuçları, türbülansların verileri, uzunlukların verileri ve dolguların karmaşıklaştırılmış türbülansın yanmasının alev konumu üzerinde önemli bir etki uygulandığını belirtir. Türbülansın esnekliği ve uzunluklardaki artışın sonucu olarak alevin ön tarafın difüzörün içine doğru hareket eder. Alev konumu yüksek türbülans şiddeti için difüzörün ortasında düşer. Bununla birlikte, test aralığında türbülans dağılımının etkisi türbülans uzunluklarının etkisinden daha dayanıklıdır. Sabit türbülanslarda türbülans uzunluklarındaki artış, alev konumunda azalmaya sebep olur. Yanma ve giriş türbülansının, esas olarak alevin ön taraflarına doğru bir sıvı akışına neden olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak, büyüme yapılarının alev topolojisi ve etkileri. Bu ortamın konumu ve şekli; genişleme, türbülans uzunlukları ve uzunlukların dağılımlarından. Üçüncüsü, akış ayrımlarını ortadan kaldırmak için difüzör tipli yakıcının ortasında bir konik ek kaydı. İki uçlu difüzörün (konik ekli ve eksiz) alev konumu üzerindeki türbülansın etkisi çalışıldı ve test edildi. Sonuçlar, alev, iki difüzör tipli yakıcıda türbülans dağılımı ve uzunluktaki bölümlerdeki artışla difüzörün girişine doğru hareket ettiğini gösteriyor. Yüksek türbülans uzunluklarında, alev, türbülans aralıklarındaki artışla konik bir ekleme ile difüzörün girişinde hızla düşer, akış difüzör konik bir ek ile kullanıldığında alev bir orta seviyeye düşer. Üstelik her iki durumda da düşük türbülanslarda alev değişiminde bir benzerlik gözlendi. Sonuçlar, Taylor ölçeğinde Reynolds sayısı türbülans ve uzunlukların parçalarının değil alev gücünün etkili parametrelerinin olduğunu gösterir. Taylor ölçeğinde Reynolds sayılarındaki bir artış alev konumunda yanma odasının girişine doğru hareket etmesine neden olur. Yüksek türbülans Taylor ölçekli Reynolds özelliği alev yanma odasının girişine düşer. Akış ayırımı konik ekin olmadığı difüzörde gözlendi ve konik ek kullanılarak gider ayırmamı ortadan kaldırıldı. Son olarak difüzör yakıcıda alevin kontrolü farklı türbülanslı büyüme özellikleri altında çalışıldı. Bu amaç için bir kontrol stratejisi önerildi. Java makro olarak yazılan kontrol uygulamaları, ticari bir CFD yazılımına, yani STAR CCM +'ya uygulanır. Bu yapı verileri, kararlı hal kontrollü koşullar altında önceden karıştırılmış türbülanslı alev için tüm bilgisayarların çalıştırılması için kullanılır. Algoritma türbülans kinetik enerjisini ve türbülans dağılımını ayarlamak için yapıldı. Alev yerinin istenilen sıcaklıkta sabitlenmesi için geri besleme kontrolü uygulanmaktadır. Sonuçlar girişteki türbülanslı kinetik enerjinin kontrolü, hedeflenen düzeydeki alev yerinin kontrol edildiğini gösterir. Buna ek olarak, düşük türbülanslı kinetik enerji için yüksek seviyeye hareket ederken, aleve dayanıklı yüksek türbülanslı kinetik enerji için düşük bir seviyeye taşındığı gözlenmektedir.
