Sentetik yakıtların yanma kararsızlığının deneysel incelenmesi

Abstract

Türbülanslı ve fakir ön karışımlı yakıcılar, düşük kirletici emisyonlara sahip modern gaz türbin motorlarının geliştirilmesi için büyük bir potansiyele sahip olmalarına rağmen ısı salınımı dalgalanmaları ve yakıcı akustikleri arasındaki eşleşmenin sebep olduğu yanma kararsızlıklarına karşı oldukça duyarlıdırlar. Bu nedenle, kararsızlıkların meydana geldiği şartları tahmin etmek alev davranışını anlayabilmek için son derece önemlidir.Bu tez çalışmasında, farklı oranlarda sentetik gaz yakıtların (H2/CO/CO2/CNG/CH4 karışımları) yanma kararsızlıkları ve basınç dalgalanmaları ile alev sönmesi ve alev geri tepmesi olayının ortaya çıkışı arasındaki ilişki ön karışımlı-girdap üreteçli-laboratuvar ölçekli bir yakıcıda deneysel olarak araştırılmıştır. Yanma odasına kollarına yerleştirilen mekanik aktüatör görevi gören hoparlörler vasıtasıyla alev farklı frekanslardaki (0-300 Hz) sinüzoidal ses dalgalarıyla akustik olarak zorlanmıştır. Yapılan dinamik/statik basınç, ışık şiddeti, sıcaklık ve emisyon ölçümleri ile anlık alev görüntüleri alınarak yakıt kompozisyonu, eşdeğerlik oranı, girdap sayısı ve girdap üreteci çap oranının alev davranışı üzerine etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Elde edilen veriler, 3 farklı frekans değerinde (95, 175, 260 Hz) yanma odasının yüksek genlikli basınç dalgalanmaları ile rezonansa girdiğini göstermiştir. Yapılan deneyler sonucunda, yakıt kompozisyonu ve eşdeğerlik oranının alev kararlılığı üzerine etkisi belirgin bir şekilde gözlemlenirken, girdap sayısı ve girdap üreteci çap oranının etkisi ise tekdüze bir davranış sergilememiştir.

Although turbulent and lean pre-mixed burners have a great potential for development of modern gas turbine engines with low pollutant emissions, they are highly susceptible to combustion instabilities caused by coupling between heat release fluctuations and combustor acoustics. Therefore, predicting conditions in which instabilities occur is extremely important to understand flame behavior.In this thesis study, the combustion instability of synthetic gas fuels (H2/CO/CO2/CNG/CH4 mixtures) at various proportions and relationship between pressure fluctuations and occurrence of flame blowout and flashback were experimentally investigated in a premixed-swirl stabilized-laboratory scale burner. The flame was acoustically forced by sinusoidal sound waves at different frequencies (0-300 Hz) by means of loudspeakers acting as mechanical actuators mounted in two-side of the combustion chamber. Dynamic/static pressure, luminous intensity, temperature and emission measurements and instant flame images were taken, and the effects of fuel composition, equivalence ratio, swirl number and swirler hub to outer diameter ratio on flame behavior under thermo-acoustic forcing were investigated in detail. The obtained data showed that the combustion chamber resonated with high amplitude pressure fluctuations at 3 different frequencies (95, 175, 260 Hz). As a result of the experiments, the effect of the fuel composition and equivalence ratio on flame stability was clearly observed, whereas the swirl number and swirler hub to outer diameter ratio showed non-monotonic behavior.