Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 1, 91 - 100, 21.08.2023
https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1153044

Öz

Bu çalısmada, dört farklı ortam basıncında kurum, oluşum ve yıkım süreçlerini incelemek amacıyla, yoğun kurum üreten Gazyağı/Hava alevleri, gerçek gaz (GG) ve ideal gaz (İG) hal denklemleri ve Lewis (Le) sayısının bir olarak kabul edildiği modeller ele alınmıştır. Yarı-genel kurum oluşum ve yıkım modelini içeren indirgenmiş Gazyağı/Hava mekanizması (29-adım, 10 çeşit gaz) 2 boyutlu (2B) Direk Sayısal Simülasyon (DNS) verilerini oluşturmak için MPI FORTRAN ile kodu yazılmış bir program kullanılmıştır. Le sayısının bire eşit kabul edildiği alev tahminlerinin, Le sayısının bire eşit olmadığı (genelleştirilmiş difüzyon) durumların sayısal sonuçlarından elde edilen alev yapısı ve kurum özelliklerinin istatiksel olarak benzerlik sağlayıp sağlamadığı araştırılmıştır. Bu bağlamda yapılan çalışmanın sonucunda, ortam basınçları 1, 5, 10 ve 35 atm olan Le sayısının bir olarak kabul edildiği GGLE ve İGLE modelleri ile üretilmiş 2B DNS alev tahminlerinin kurum özelliklerinin ve alev yapılarının yanlış hesaplanmasına yol açtığı belirlenmiştir.

Destekleyen Kurum

Türkiye Cumhuriyeti Milli Eğitim Bakanlığı

Proje Numarası

Yurt Dışına Lisansüstü Öğrenim Amacıyla Gönderilecek Öğrencileri Seçme ve Yerleştirme

Kaynakça

  • Foster J. (2009). A priori anlaysis of subgrid scalar phenomena and mass diffusion vectors in turbulent Hydrogen-Oxygen flames, Master’s thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA
  • Foster J. (2011). On simulation and modeling of turbulent non-premixed reacting shear flames at low and high pressure, Doctoral thesis., Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Garnier E., Adams N., & Sagaut P. (2009). Large eddy simulation for compressible flows. Springer, USA. doi:10.1007/978-90-481-2819-8
  • Germano M., Piomelli U., Moin P., & Cabot W.H. (1991). A dynamic subgrid-scale eddy viscosity model. Phys. of Fluids, 3, 1760–1765. doi: 10.1063/1.857955
  • Harstad K.G, Miller R.S, & Bellan J. (1997). Efficient high-pressure state equations. American Institute of Chemical Engineers Journals, 43, 1605-1610. doi: 10.1002/aic.690430624
  • Hewitt G.F. and J.C. Vassilicos (2005), Prediction of Turbulent Flow. Cambridge University Press Press, 2005.
  • Kennedy I. M. (1997). Models of soot formation and oxidation. Prog. Energy Combust. Sci., 23, 95–132. doi: /10.1016/S0360-1285(97)00007-5
  • Korucu A. (2016). Analysis of high Pressure H2/O2, H2/Air and Kerosene/Air reacting shear flows, Doctoral thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Korucu A. & Miller R. (2018). Unity lewis number effects at atmospheric pressure kerosene/air flames. In: 14th International Combustion Symposium (INCOS2018); Karabuk, Turkey.
  • Korucu A. & Miller R. (2019). Numerical analysis of real gas and pressure effects on 2D Kerosene/Air shear flames. In: 22nd Congress on Thermal Science and Technology (CTST 2019); Kocaeli, Turkey: 2019.
  • Lignell, D.O., Chen, J.H, Smith, P.J., Lu, T.F., & Law, C.K. (2007). Direct numerical simulation of soot formation and transport in non-premixed turbulent ethylene flames. In: 5th US Combustion Meeting 1, (pp 520-554). San Diego, CA, USA.
  • Malik N., Lovas T., & Mauss F. (2011). The effect of preferential diffusion on the soot initiation process in ethylene diffusion flames, Flow, Turbulence and Combustion, 87, 293-312. doi: 10.1007/s10494-011-9347-y.
  • Martin M.P., Piomelli U., & Candler G.V. (2000). Subgrid-scale models for compressible large-eddy simulation. Theo. and Comp. Fluid Dyn., 13, 361–376. doi: 10.1007/PL00020896
  • Mauss F., Netzell K., & Lehtiniemi H. (2006). Aspects of modeling soot formation in turbulent diffusion flames, Combustion Science and Technology, 178, 1871 -1885. doi: 10.1080/00102200600790888
  • Meier W., Vyrodov A.O., Bergmann V., & Stricker W. (1996). Simultaneous raman/LIF measurements of major species and NO in turbulent H2/Air diffusion flames. Appl. Phys. B, 63, 79–90. doi: 10.1007/BF01112842
  • Modest M.F. (2003). Radiative heat transfer. Academic Press, USA.
  • Mohseni K., Kosovic B., Shkoller S., & Marsden J.E. (2003). Numerical simulations of the lagrangian averaged navier-stokes equations for homogeneous isotropic turbulence. Phys. of Fluids, 15 524–543. doi:10.1063/1.1533069
  • Leung K. M., Lindstedt R. P., & Jones W. P. (1991). A simplified reaction mechanism for soot formation in nonpremixed flames. Combust. Flame, 87, 289–305. doi: /10.1016/0010-2180(91)90114-Q
  • Lignell D.O. (2008). Direct numerical simulation of soot formation and transport in turbulent nonpremixed ethylene flames. Doctoral thesis, The Univesity of Utah.
  • Oran E.S. & Boris J.P. (2001). Numerical simulation of reactive flow. Cambridge University Press, USA.
  • Palle S. (2006). On real gas and molecular transport effects in high pressure mixing and combustion, Doctoral thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Palle S. & Miller R.S. (2007). Analysis of high-pressure Hydrogen, Methane, and Heptane laminar diffusion flames: Thermal diffusion factor modeling, Combustion and Flame, 151, 581-600. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.06.007.
  • Piomelli U. (1999). Large-eddy simulation: Achievements and challenges. Progress in Aerospace Sciences, 35, 335–362. doi: 10.1016/S0376-0421(98)00014-1
  • Pitcsh H., Reismeier E., & Peters N. (2000). Unsteady flamelet modeling of soot formation in turbulent diffusion flames. Combustion Science and Technology, 158, 389-406. doi: 10.1080/00102200008947342.
  • Pitsch H. (2006). Large-eddy simulation of turbulent combustion. Annu. Rev. Fluid Mech., 38. doi: 10.1146/annurev.fluid. 38.050304.092133
  • Pope S.P. (2001). Theoretical and numerical combustion. R.T. Edwards Inc., USA.
  • Vasudevan R. (2007). Thermal diffusion coefficient modeling for high pressure combustion simulations, Master’s thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Veynante D. & Vervisch L. (2002). Turbulent combustion modeling. Prog. Eng. Comb. Sci., 28.
  • Wang T.S. (2001). Thermophysics characterization of kerosene combustion. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 15, 140-147. doi: 10.2514/2.6602.

Differential diffusion and pressure effects on heavily sooting 2D Kerosene/Air diffusion flames

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 1, 91 - 100, 21.08.2023
https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1153044

Öz

For heavily sooting Kerosene/Air flames the ideal gas law (IGL) and a real gas (RGL) equation of state (EOS) models have been employed to study the assumption of the unity Lewis (Le) number effects on the soot production/oxidation processes for four different operating pressures. An MPI FORTRAN code containing a semi-global soot production/oxidation model for a reduced Kerosene/Air mechanism (29-step, 10 species) has been used to create 2B DSS data. For the aim of verifying the applicability of the unity Le assumption for Kerosene/Air flames comparisons between unity and non-unity Lewis (Le) number flame predictions must possess statistically similar trends in not only the flame structure but also the soot properties. 1, 5 10 and 35 atm analyses of 2D DNS flame predictions of the RGL and the IGL EOS models have unveiled that the EOS coupled models with the unity-Le number mis-predicts the soot properties and the mean flame temperatures.

Proje Numarası

Yurt Dışına Lisansüstü Öğrenim Amacıyla Gönderilecek Öğrencileri Seçme ve Yerleştirme

Kaynakça

  • Foster J. (2009). A priori anlaysis of subgrid scalar phenomena and mass diffusion vectors in turbulent Hydrogen-Oxygen flames, Master’s thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA
  • Foster J. (2011). On simulation and modeling of turbulent non-premixed reacting shear flames at low and high pressure, Doctoral thesis., Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Garnier E., Adams N., & Sagaut P. (2009). Large eddy simulation for compressible flows. Springer, USA. doi:10.1007/978-90-481-2819-8
  • Germano M., Piomelli U., Moin P., & Cabot W.H. (1991). A dynamic subgrid-scale eddy viscosity model. Phys. of Fluids, 3, 1760–1765. doi: 10.1063/1.857955
  • Harstad K.G, Miller R.S, & Bellan J. (1997). Efficient high-pressure state equations. American Institute of Chemical Engineers Journals, 43, 1605-1610. doi: 10.1002/aic.690430624
  • Hewitt G.F. and J.C. Vassilicos (2005), Prediction of Turbulent Flow. Cambridge University Press Press, 2005.
  • Kennedy I. M. (1997). Models of soot formation and oxidation. Prog. Energy Combust. Sci., 23, 95–132. doi: /10.1016/S0360-1285(97)00007-5
  • Korucu A. (2016). Analysis of high Pressure H2/O2, H2/Air and Kerosene/Air reacting shear flows, Doctoral thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Korucu A. & Miller R. (2018). Unity lewis number effects at atmospheric pressure kerosene/air flames. In: 14th International Combustion Symposium (INCOS2018); Karabuk, Turkey.
  • Korucu A. & Miller R. (2019). Numerical analysis of real gas and pressure effects on 2D Kerosene/Air shear flames. In: 22nd Congress on Thermal Science and Technology (CTST 2019); Kocaeli, Turkey: 2019.
  • Lignell, D.O., Chen, J.H, Smith, P.J., Lu, T.F., & Law, C.K. (2007). Direct numerical simulation of soot formation and transport in non-premixed turbulent ethylene flames. In: 5th US Combustion Meeting 1, (pp 520-554). San Diego, CA, USA.
  • Malik N., Lovas T., & Mauss F. (2011). The effect of preferential diffusion on the soot initiation process in ethylene diffusion flames, Flow, Turbulence and Combustion, 87, 293-312. doi: 10.1007/s10494-011-9347-y.
  • Martin M.P., Piomelli U., & Candler G.V. (2000). Subgrid-scale models for compressible large-eddy simulation. Theo. and Comp. Fluid Dyn., 13, 361–376. doi: 10.1007/PL00020896
  • Mauss F., Netzell K., & Lehtiniemi H. (2006). Aspects of modeling soot formation in turbulent diffusion flames, Combustion Science and Technology, 178, 1871 -1885. doi: 10.1080/00102200600790888
  • Meier W., Vyrodov A.O., Bergmann V., & Stricker W. (1996). Simultaneous raman/LIF measurements of major species and NO in turbulent H2/Air diffusion flames. Appl. Phys. B, 63, 79–90. doi: 10.1007/BF01112842
  • Modest M.F. (2003). Radiative heat transfer. Academic Press, USA.
  • Mohseni K., Kosovic B., Shkoller S., & Marsden J.E. (2003). Numerical simulations of the lagrangian averaged navier-stokes equations for homogeneous isotropic turbulence. Phys. of Fluids, 15 524–543. doi:10.1063/1.1533069
  • Leung K. M., Lindstedt R. P., & Jones W. P. (1991). A simplified reaction mechanism for soot formation in nonpremixed flames. Combust. Flame, 87, 289–305. doi: /10.1016/0010-2180(91)90114-Q
  • Lignell D.O. (2008). Direct numerical simulation of soot formation and transport in turbulent nonpremixed ethylene flames. Doctoral thesis, The Univesity of Utah.
  • Oran E.S. & Boris J.P. (2001). Numerical simulation of reactive flow. Cambridge University Press, USA.
  • Palle S. (2006). On real gas and molecular transport effects in high pressure mixing and combustion, Doctoral thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Palle S. & Miller R.S. (2007). Analysis of high-pressure Hydrogen, Methane, and Heptane laminar diffusion flames: Thermal diffusion factor modeling, Combustion and Flame, 151, 581-600. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.06.007.
  • Piomelli U. (1999). Large-eddy simulation: Achievements and challenges. Progress in Aerospace Sciences, 35, 335–362. doi: 10.1016/S0376-0421(98)00014-1
  • Pitcsh H., Reismeier E., & Peters N. (2000). Unsteady flamelet modeling of soot formation in turbulent diffusion flames. Combustion Science and Technology, 158, 389-406. doi: 10.1080/00102200008947342.
  • Pitsch H. (2006). Large-eddy simulation of turbulent combustion. Annu. Rev. Fluid Mech., 38. doi: 10.1146/annurev.fluid. 38.050304.092133
  • Pope S.P. (2001). Theoretical and numerical combustion. R.T. Edwards Inc., USA.
  • Vasudevan R. (2007). Thermal diffusion coefficient modeling for high pressure combustion simulations, Master’s thesis, Clemson University, Clemson, SC, USA.
  • Veynante D. & Vervisch L. (2002). Turbulent combustion modeling. Prog. Eng. Comb. Sci., 28.
  • Wang T.S. (2001). Thermophysics characterization of kerosene combustion. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 15, 140-147. doi: 10.2514/2.6602.
Toplam 29 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Ayşe Korucu 0000-0002-9535-499X

Richard Miller 0000-0001-6016-2114

Proje Numarası Yurt Dışına Lisansüstü Öğrenim Amacıyla Gönderilecek Öğrencileri Seçme ve Yerleştirme
Erken Görünüm Tarihi 5 Mayıs 2023
Yayımlanma Tarihi 21 Ağustos 2023
Gönderilme Tarihi 2 Ağustos 2022
Kabul Tarihi 1 Ocak 2023
Yayımlandığı Sayı Yıl 2024 Cilt: 39 Sayı: 1

Kaynak Göster

APA Korucu, A., & Miller, R. (2023). Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 39(1), 91-100. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1153044
AMA Korucu A, Miller R. Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri. GUMMFD. Ağustos 2023;39(1):91-100. doi:10.17341/gazimmfd.1153044
Chicago Korucu, Ayşe, ve Richard Miller. “Yüksek Derecede Kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon Alevleri üzerinde Diferansiyel yayılımın Ve basıncın Etkileri”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39, sy. 1 (Ağustos 2023): 91-100. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1153044.
EndNote Korucu A, Miller R (01 Ağustos 2023) Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39 1 91–100.
IEEE A. Korucu ve R. Miller, “Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri”, GUMMFD, c. 39, sy. 1, ss. 91–100, 2023, doi: 10.17341/gazimmfd.1153044.
ISNAD Korucu, Ayşe - Miller, Richard. “Yüksek Derecede Kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon Alevleri üzerinde Diferansiyel yayılımın Ve basıncın Etkileri”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39/1 (Ağustos 2023), 91-100. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1153044.
JAMA Korucu A, Miller R. Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri. GUMMFD. 2023;39:91–100.
MLA Korucu, Ayşe ve Richard Miller. “Yüksek Derecede Kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon Alevleri üzerinde Diferansiyel yayılımın Ve basıncın Etkileri”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 39, sy. 1, 2023, ss. 91-100, doi:10.17341/gazimmfd.1153044.
Vancouver Korucu A, Miller R. Yüksek derecede kurum üreten 2B Gazyağı/Hava difüzyon alevleri üzerinde diferansiyel yayılımın ve basıncın etkileri. GUMMFD. 2023;39(1):91-100.