Renksiz Dağıtılmış Yanma Şartlarının Laboratuvar Ölçekli Bir Yakıcıda Sentetik Yakıt Yanma Karakteristiklerine Olan Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt.14, sa.2, ss.914-928, 2026 (TRDizin)
- Yayın Türü: Makale / Tam Makale
- Cilt numarası: 14 Sayı: 2
- Basım Tarihi: 2026
- Doi Numarası: 10.29109/gujsc.1924775
- Dergi Adı: Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji
- Derginin Tarandığı İndeksler: TR DİZİN (ULAKBİM)
- Sayfa Sayıları: ss.914-928
- Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
- Gazi Üniversitesi Adresli: Evet
Özet
Bu çalışmada, alevsiz yanma teknolojileri arasında yenilikçi bir yaklaşım olarak öne çıkan Renksiz Dağıtılmış Yanma (RDY) koşullarında sentetik yakıtların yanma karakteristikleri incelenmiştir. Çalışma kapsamında, CH₄ yakıtına CO ve H₂ ilavesiyle oluşturulan H₂/CO=3 (%25 CH₄–%56,25 H₂–%18,75 CO) ve H₂/CO=1,5 (%25 CH₄–%45 H₂–%30 CO) sentetik yakıt karışımlarının yanma davranışları, φ=0,7 eşdeğerlik oranında, 3 kW gücünde ön karışımlı ve girdap destekli (S=1) laboratuvar ölçekli bir yanma odasında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yaklaşımıyla sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal modelde CO, CH₄ ve H₂ oksidasyonunu içeren global reaksiyon mekanizmaları ANSYS Fluent kullanılarak uygulanmıştır. Elde edilen eksensel sıcaklık dağılımları literatürde rapor edilen deneysel verilerle karşılaştırılarak model doğrulanmıştır. RDY koşulları, oksitleyici akışındaki O₂ konsantrasyonunun N₂ ile seyreltilerek %21’den %17’ye düşürülmesiyle oluşturulmuştur. Bu koşullar altında eksensel ve radyal sıcaklık dağılımları ile O₂, CO, CO₂ ve NOₓ türlerinin radyal kütle oranı dağılımları incelenmiştir. Sonuçlar, O₂ konsantrasyonunun %21’den %17’ye azaltılmasıyla maksimum sıcaklıkların düştüğünü, sıcaklık alanının daha homojen hale geldiğini ve reaksiyon bölgesinin genişlediğini göstermiştir. Ayrıca CO₂, CO, NOₓ ve O₂ türlerine ait kütle oranlarının yanma odası boyunca ve radyal mesafe arttıkça azaldığı belirlenmiş, bu davranışın RDY rejiminin karakteristik özellikleriyle uyumlu olduğu görülmüştür.
In this study, the combustion characteristics of synthetic fuels under Colorless Distributed Combustion (CDC) conditions, an innovative approach among flameless combustion technologies, were investigated. Two synthetic fuel mixtures were prepared by adding CO and H₂ to CH₄ fuel: H₂/CO = 3 (25% CH₄–56.25% H₂–18.75% CO) and H₂/CO = 1.5 (25% CH₄–45% H₂–30% CO). The combustion characteristics of these mixtures were numerically analyzed at an equivalence ratio of φ = 0.7 in a 3 kW premixed, swirl-stabilized (S = 1) laboratory-scale combustor using Computational Fluid Dynamics (CFD). Global reaction mechanisms including CO, CH₄, and H₂ oxidation were implemented in ANSYS Fluent. The predicted axial temperature distributions were compared with experimental data reported in the literature for similar fuel compositions, and model validation was performed. CDC conditions were established by diluting the oxidizer stream with N₂ and reducing the O₂ concentration from 21% to 17% in 1% increments. Under these conditions, axial and radial temperature distributions together with the radial mass fraction distributions of O₂, CO, CO₂, and NOₓ were investigated to evaluate CDC behavior. The results showed that reducing the O₂ concentration from 21% to 17% decreased the maximum temperature while promoting a more uniform temperature field and a wider reaction zone. Furthermore, radial temperature profiles and the mass fraction distributions of CO₂, CO, NOₓ, and O₂ decreased along both the combustor length and radial direction, consistent with the characteristic behavior of CDC.