Numerıcal And Experımental Investıgatıon Of A Domestıc Natural Gas Burner And Analysıs Of Modıfıcatıons To Achıeve Low Nox Emıssıons - Uza, Engin (My University, 2017)
ÖZETBir Doğal Gaz Yakıcısının Nümerik ve Deneysel Araştırılması ve Düşük NOx Emisyonu Hedefiyle Yapılacak Değişikliklerin Analizi Hesaplamalı akışkan dinamikleri (CFD), yeni veya mevcut tasarımı optimize etmek için etkili bir araçtır. Tasarlama döngüsü sırasında CFD'nin kullanılması, endüstriyel ürün geliştirme ve akademik araştırmalarda doğru tahmin yapabilir, tasarım süresini kısaltabilir ve ürün geliştirme maliyetlerini düşürebilir.Bu tez çalışmasında, ECO-45 endüstriyel ölçekli gaz brülörünün nümerik olarak incelenmiş ve TSE EN 676:2000 standardında tanımlı olan 3. Sınıf 80 mg/ kWh’den düşük NOx emisyon değerlerine sahip dizayn yapılması amacıyla nümerik analiz çalışmaları yapılmıştır. Soğuk akış için sayısal çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda farklı meshler karşılaştırarak uygun olan mesh sayısı ve mesh boyutu belirlenmiştir. Ardından belirlenen bu mesh ile reaktif analiz çalışmaları yapılmıştır. Modelleme çalışmalarında, sıcaklık, akış alanları ve farklı geometriler için emisyon değerleri hesaplanmıştır. Reaktif analiz çalışmalarında yapılan 11 case çalışmasında iki farklı kazan geometrisi ve üç farklı brülör geometrisi kullanılmıştır. Reaktif çalışmalarda, yanma emisyonlarının mol fraksiyonları, (NOx, CO_2, O_2) ve statik sıcaklıkları konturları ile incelenmiştir. Farklı hava fazlalık oranları ve brülör yükleri için çalışmalar yapılmıştır.Nümerik simülasyonları doğrulanması için yapılan deneysel çalışmalar ECOSTAR Yakma Sistemleri laboratuvarının mevcut imkanları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. ABSTRACTNumerical and Experimental Investigation of a Domestic Natural Gas Burner and Analysis of Modifications to Achieve Low NOx EmissionsThe computational fluid dynamics (CFD) is an effective tool to optimize new or current design. Using CFD during the design cycle, makes accurate prediction, shorten design time and reduce product development cost in industrial product development and academic researches. In this thesis study, an industrial scale gas burner, namely ECO-45, was investigated numerically for the contribution to the design of a low NOx gas burner satisfying standards defined in TSE EN 676:2000 Class-3 and having NOx level of less than 80 mg/ kWh. The numerical studies have been performed initially for cold flow field. The accurate enough mesh number and size have been determined by comparing mesh cases. Then reactive cases have been computed with this mesh. In modelling studies, the temperature and flow fields have been computed and emission levels were calculated for different geometries. In reactive case studies, two different boiler geometries and three different burner geometry have been tried in 11 case studies. The results of reactive studies were examined in terms of contour plots including mole fractions of the emissions (NOx, CO_2, O_2) and static temperatures. Several equivalence ratios and loads were studied. The numerical model was verified and validated with available experimental measurements, including emission levels at the exit of the combustion chamber at the test facilities in ECOSTAR company.
Keywords: Brülör; CFD; Combustion; Emission; Emisyon; Makina mühendisliği; NOx; NOx Burner; Yanma