A COUPLED FLOW AND CHEMICAL REACTOR NETWORK MODEL FOR PREDICTING GAS TURBINE COMBUSTOR PERFORMANCE

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2016

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: SEYFETTİN ERTAN HATAYSAL

Danışman: AHMET YOZGATLIGİL

Özet:

Bir yanma odasının performansını tahmin edebilmel için bir boyutlu akış ve kimyasal reaktör ağ modeli geliştirilmiş ve bu model 3 boyutlu Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri ve yanma odası deney sonuçları ile doğrulanmıştır. Yanma odasındaki akış dağılım karakterinin elde edlmesi için üç farklı nodal akış çözücü bir kimyasal reaktör ağ modeli ile eşleştirilmiştir. Sadeleşmiş, ayrılmış ve doğrusal olmayan yaklaşımlar kullanılarak nodal denklemler çözülmüş ve bu sayede üç farklı çözücü incelenmiştir. Akış çözücü modelleri yanma odası içerisinde akış, basınç, yoğunluk ve sıcaklık dağılımlarının tespit edilmesini sağlamıştır. Yakınsayan bir çözüm elde edildikten sonra, reaktör ağı elde edilmiş veriyi işleyerek kendi çevriminde kullanmaktadır. Reaktör ağının ürettiği çıktı daha sonra tekrar akış ağına beslenir, ve süreç bu şekilde tamamen yakınsamış bir sonuç elde edilene kadar devam ettirilir. Ağ modeli basınç düşüşü, basınç dağılımı, ortalama sıcaklık dağılımları, kimyasal tür dağılımı ve akış dağılımı ile ilgili bilgi vermektedir. Ağ modeli ile elde edilen ortalaması alınmış sonuçların doğrulanabilmesi için detaylı bir HAD analizi TEI tarafından tasarlanıp üretilmiş yedi sektörlü annular bir yanma odasına uygulanmıştır. Buna ilave olarak, bu yanma odası üzerinde gerçekleştirilmiş temel performans testleri de karşılaştırma amacıyla sunulmuştur. Numerik çalışma iki farklı detaylı kimyasal mekanizma kullanılarak sunulmuştur. Sonuçlar incelendiğinde ön performans kodunun akış dağılımını yüksek bir kesinlikle tahmin edebildiği gösterilmiştir. Basınç dağılımlarının da CFD sonuçları ile uyum gösterdiği ancak modelden modele mertebe olarak bazı farklar ortaya çıktığı gözlenmiştir. İç sıcaklık dağılımlarının trend olarak çıkışa yakın bölgelerde CFD sonuçları ile uyumlu olduğu ancak ana yanma bölgesinde 1 boyutlu kodun daha yüksek sıcaklıklar öngördüğü tespit edilmiştir. Son olarak geliştirilen koda temel tasarım parametreleri ve ısı yanma odası duvar soğutma özelliğinin belirlenebilmesi için ısıl karakteri tespit eden fonksiyonlar eklenmiştir. Bu özellikleri kullanarak yeni bir yanma odası da tasarlanmıştır. Bu yanma odasının performans analizleri de burada sunulmuştur.