Bir Propan-Hava Yakıcısında Yerel Entropi Üretimi

Year 2005, Volume: 8 Issue: 2 - Volume: 8 Issue: 2, 161 - 172, 01.06.2005

Nesrin Kayataş Gamze Baştürk Bilge Albayrak

Abstract

Bu çalışma, propanın %21 oksijen ve %79 azot içeren hava ile bir yakıcıda yanmasının sayısal simülasyonunu ve yanma odasındaki yüksek sıcaklık ve hız değişimleri nedeniyle oluşan yerel entropi üretiminin sayısal çözümünü ele almaktadır. Eşdeğerlik oranı (f) ve yanma odasına olan ısı transferinin () yanma ve entropi üretimi üzerine etkileri, farklı f (0,5’den 1’e kadar) ve (5’den 10 kW’a kadar) değerleri için incelendi. Belirtilen bu durumlar için yanmanın sayısal hesaplaması FLUENT CFD kodu yardımıyla yapıldı. Ayrıca, FLUENT kodu ile gerçekleştirilen hesaplamaların sonuçları kullanılarak, hacimsel entropi üretim dağılımlarını ve diğer termodinamik parametreleri sayısal olarak hesaplayan bir bilgisayar programı geliştirildi. Reaksiyon oranlarının maksimum değerleri f’nin artışıyla azalmıştır. Hesaplamalar, f<1 olması durumunda tam yanmanın gerçekleştiğini ve f=1 olması durumunda ise yanmanın tam yanma haline çok yakın olduğunu ortaya koymuştur. Entropi üretim oran profil seviyeleri ’nun artışıyla yükselmesine rağmen bu profiller f’nin artışıyla üstel olarak azalmaktadır. Sayısal sonuçlardan, maksimum entropinin f=0.5 durumunda üretildiği ve bu değerlerin ’ya bağlı olarak 3,7 ile 7,6 W/K değerleri arasında değiştiği elde edilmiştir

Keywords

Hava-yakıt yanması, Yakıcı, Yerel entropi üretimi, Ekserji, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

Local Entropy Generation in a Propan-Air Burner

Abstract

This study considers the numerical simulation of combustion of propane with air including 21% oxygen and 79% nitrogen, in a burner and the numerical solution of local entropy generation rate due to high temperature and velocity gradients in the combustion chamber. The effects of the equivalence ratio (φ) and the heat transfer rate (Q) to the combustion chamber on the combustion and entropy generation rate are investigated for the different φ’s (from 0,5 to 1.0) and Q’s (from 5 to 10 kW). The numerical calculation of the combustion is performed for all cases by using the Fluent CFD code. Furthermore, a computer program has been developed to numerically calculate the volumetric entropy generation rate distributions and the other thermodynamic parameters by using the results of the calculations performed with the FLUENT code. The maximum values of reaction rates decreased with the increase of φ. The calculations bring out that in the case of φ<1, the complete combustion occurs and that the combustion in the case of φ=1 is very close to the complete combustion state. Although the levels of the entropy generation rate profiles rise up with the increase of Q, they decrease exponentially with the increase of φ. It is obtained from the numerical results that the maximum entropies are generated in the case of φ=0,5 and that their values vary in the range of 3,7- 7,6 W/K depending onQ

Keywords

Air-fuel combustion, Burner, Local entropy generation, Exergy, Computational Fluid Dynamics