Bu tədqiqat, ikiqat burulğanlı bir qaz turbini injektoründe metan-hidrogen birgə yandırma alovlarınin injektore tutunmuş və ya injektorden kalkmış biçimde kararlı hâle gelmesini eksperimental ölçümler və birölçülü qarşı axın simulyasiyalarıyla incelemiştir. Tədqiqatçılar, 36 tədqiqat koşulunda yüksək hızlı OH müstəvi lazerlə induksiya olunmuş flüoressensiya görüntülemesi, hissəcik təsvirli sürət ölçümü və CHEMKIN tabanlı OPPDIF hesablamaları kullanmıştır. Hidrojen oranının artırılması genel kimi alovun injektore tutunmasını desteklerken əsas axın hızının 10 m/s’den 15 m/s’ye çıkarılması qalxmış alov bölgesini genişletmiştir. Alev genişliği ilə pilot alov qalxma hündürlüyü hidrogen nisbətiyla birlikte artmış və özellikle pilot ilə əsas keçid arasındaki momentum nisbətiyla güçlü ilişkilər göstərmişdir. Bununla birlikte tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir; birölçülü model üç boyutlu turbulent alovun mutlak boyutlarını değil, yalnızca değişim eğilimlerini temsil etmektedir.

Deneysel görüntülər iki əsas alov yapısı göstərmişdir. Tutunmuş alovde dış reaksiya təbəqəsi injektor çıkşüaa kadar uzanırken qalxmış alovde bu tabakanın kökü yerel kimi sönmüş və reaksiyon bölgesi daha aşşəbəkəı axınta yeniden kararlı hâle gelmiştir. Kalkmış alovde zaman ortalamalı OH bölgesinin daha geniş görünmesi, tek tek alov tabakalarının fiziki kimi kalınlaşmasından çok alov səthinin dalgalanması, kırışması, aralıqlı davranması və iç-dış reaksiyon tabakalarının kısmen birleşmesiyle açıklanmıştır.

Tədqiqatın əsas sorusu nedir?

Tədqiqatın əsas sorusu, dış əsas keçidten vərilən ön karışımlı CH₄/hava akımı ilə iç pilot keçidten oksitleyici olmadan vərilən saf H₂ akımının ikiqat burulğanlı bir injektorde nasıl etkiləştiği və bu etkiləşimin alovi injektore tutunmuş ya da injektorden kalkmış bir yapıya nasıl dönüştürdüğüdür. Tədqiqat ayrıca karmaşık üç boyutlu turbulent alovun başlıca reaksiyon tabakalarının, yerel birer alovcik gibi ele alınarak birölçülü qarşı axın modeliyle açıklanıp açıklanamayacşəbəkəını araştırmıştır.

Literatürde ikiqat burulğanlı alovların kararlılığı üzerine tədqiqatlar bulunmasına karşın ortalama OH-PLIF görüntülərindən alov eni və pilot alov qalxma hündürlüyü gibi tekrar üretiləbilir geometrik göstergelerin çıkarılması, bu göstergelerin pilot-əsas axın momentumu ilə ilişkiləndirilmesi və eyni eğilimlerin birölçülü OPPDIF modeliyle karşılaştırılması sınırlı kalmıştır. Tədqiqat bu boşluğu təcrübə, görüntü işleme və indirgenmiş rəqəmsal modellemeyi eyni çerçevəde birleştirerek hedeflemiştir.

Çift girdaplı injektor nasıl tədqiqatktadır?

Yanma odası optik ölçümlere izin vəren dört kvars pəncərəli, 70 mm × 70 mm iç kesitli və 260 mm yüksəkliğinde kare bir yapıdan oluşmaktadır. Dış halkasal əsas keçidten %99,999 saflıkta metanla hazırlanan ön karışımlı CH₄/hava akımı, iç halkasal pilot keçidten ise %99,999 saflıkta hidrojen gönderilmiştir. Pilot hidrojen akımına girişte hava və ya başka bir oksitleyici eklenmemiştir.

Ana girdap oluşturucu teğetsel, pilot burulğan oluşturucu ise altı kanatlı eksenel tiptedir. Her iki axın saat yönünün tersine döndürüldüğü üçün düzenek eş yönlü ikiqat burulğanlı yapı oluşturmuştur. Ana və pilot burulğan sayıları sırasıyla 0,51 və 0,83 kimi vərilmiştir. Geometrik şemada ana çıkış çapı 20,0 mm, pilot bölümle ilişkili çaplar ise 10,7 mm və 7,0 mm kimi gösterilmektedir.

Girdaplı axın, yanmış sıcak gazların merkez bölgesinden injektore doğru geri taşındığı bir daxili resirkulyasiya bölgəsi oluşturur. Bu geri fırlanan sıcak gaz, taze yakıt-hava karışımının yeniden tutuşmasına yardım eden sürekli bir ısı və aktif tür kaynşəbəkəı gibi davranmaktadır. Ancak yalnızca bir daxili resirkulyasiya bölgəsinin bulunması alovun mutlaka injektore tutunacşəbəkəı anlamına gelmemiştir. Devridaim bölgesinin injektore ne kadar yaklaştığı, əsas axının eksenel hızı, kesme tabakasındaki sürət qradiyenti və pilot hidrojen jetinin momentumu birlikte alov kökünün konumunu belirlemiştir.

Tutunmuş və qalxmış alov arasındaki fark nedir?

Tədqiqatnın mühüm yorumlarından biri, qalxmış alovin bütün alov yapısının tek parça hâlinde yukarı taşınması kimi değerlendirilmemesidir. İlk aşamada dış reaksiya təbəqəsinın injektore yakın kökünde yerel reaksiyon-taşınım dengesi bozulmakta, yerel sönme meydana gelmekte və alov daha uygun hız və karışım koşullarının bulunduğu aşşəbəkəı axın konumunda yeniden tutunmaktadır.

Kalkmış alovde ortalama OH bölgesinin daha kalın görünmesi de tek bir anlık alov cephesinin iç yapısının kalınlaştığını sübut etmir. Saniyede 10.000 kareyle alınan anlık görüntülər, alov səthinin zaman üçünde fərqli konumlara hareket ettiğini, daha güçlü biçimde kırıştığını və iç-dış tabakaların zaman zaman üst üste geldiğini göstərmişdir. Dört bin görüntünün ortalanması bu hareketlerin tamamını geniş bir reaksiyon bölgesi biçiminde göstərir.

Hidrojen oranı alov kararlılığını nasıl değiştirmiştir?

Hidrojen oranının yükselmesi genel kimi alovun injektore tutunmasını desteklemiştir. Hidrojen oranı arttığında yalnızca karışımın kimyəvi reaktivitesi değişmemiş, pilot nozuldan çıkan hidrojenin hızı və momentumu da artmıştır. Böylece merkezdeki pilot jet, dış CH₄/hava alov kökünü injektor yakınında destekleyen daha güçlü bir aerodinamik və kimyəvi etki oluşturmuştur.

Örneğin əsas axın hızı 10 m/s və küresel ekvivalentlik nisbəti 0,6 iken %60 hidrogen tərkibinde tutunmuş, %50 hidrogen tərkibinde ise qalxmış alov gösterilmiştir. Hidrojen oranı %60’tan %50’ye düşürüldüğünde ana CH₄/hava karışımının yerel ekvivalentlik nisbəti yükselmiş və bu değişim tek başına değerlendirildiğinde yanma hızına olumlu etki yapabiləcek bir yön oluşturmuştur. Buna rşəbəkəmen alovun kalkması, geçişin yalnızca ana alov kimyasına bşəbəkəlı olmadığını; pilot hidrojen jetinin zayıflayan hızı, momentumu və tutuşturma desteğinin daha belirleyici olduğunu göstərmişdir.

Kararlılık haritasında yalnızca metan istifadə olunan durumda təxminən Φ_g ≤ 0,5 bölgesinde kasad qarışıq sönmesi gözlenmiştir. Küçük miktarda hidrojen eklendiğinde ise alov daha aşşəbəkəı küresel eşdeğerlik oranlarında sürdürülebilmiştir. Bu bulgu, pilot hidrojen akımının merkez bölgede ısı və aktif radikal desteği sşəbəkəlayarak fakir yanma sınırını genişletebildiğini göstərir. Tədqiqat bununla birlikte emissiya, yakıt tüketimi və ya sistem vərimi ölçmediği üçün bu kararlılık artışı doğrudan çevresel ya da ekonomik kazanç kimi yorumlanmamalıdır.

Ana axın hızının etkisi nedir?

Ana geçitteki yığın hızının 10 m/s’den 15 m/s’ye çıkarılması qalxmış alov bölgesini belirgin biçimde genişletmiştir. OH-PLIF ölçümü yapılan və ana hızın 15 m/s olduğu %20-%60 hidrojen, Φ_g = 0,5-0,7 koşullarının tamamında dış alov kökü injektorden ayrılmış və qalxmış alov morfolojisi korunmuştur.

Yüksek ana hız, ön karışımlı akımın eksenel taşınımını və ana kesme tabakasındaki sürət qradiyentinı artırmıştır. Böylece alov səthinin injektor yakınında kalabilmesi üçün gereken yerel yanma və yeniden tutuşma koşulları daha zor hâle gelmiştir. Hidrojen oranının yükselmesi pilot desteğini artırsa da 15 m/s koşulunda bu destek, ana akımın baskın taşınım etkisini yenerek alovi tekrar injektore bşəbəkəlamaya yetmemiştir.

Küresel ekvivalentlik nisbəti neden tek başına yeterli deyil?

Küresel ekvivalentlik nisbəti Φ_g, sistemdeki toplam yakıtın toplam havaya görə stokiyometrik durumunu ifade etmektedir. Ancak təcrübə düzeneğinde Φ_g değiştirildiğinde ana geçidin ekvivalentlik nisbəti, toplam ısıl güç, pilot hızı, hız oranı və pilot-ana etkiləşimi de birlikte değişmiştir. Bu nedenle daha yüksək Φ_g değerinin her zaman alovi injektore daha güçlü bşəbəkəlayacşəbəkəı biçiminde basit bir nəticə çıkarılamamıştır.

Görüntülerde Φ_g yükseldikçe reaksiyon bölgesinin daha geniş bir alana yayıldığı, istilik ayrılması və termal genleşmeyle birlikte alovun aşşəbəkəı axınta daha gelişmiş bir yapı oluşturduğu görülmüştür. Bazı koşullarda daha zengin ana karışıma rşəbəkəmen kalkmış morfolojinin sürmesi, alov kararlılığının yalnızca kimyəvi yanma hızına değil, pilot və ana akımlar arasındaki aerodinamik dengeye bşəbəkəlı olduğunu göstərmişdir.

OH-PLIF görüntüləri nasıl rəqəmsallaştırılmıştır?

Tədqiqatçılar her koşul üçün 4.000 anlık OH-PLIF görüntüsünü ortalamış, lazer tabakası yoğunluk düzeltmesini uygulamış və alov ilə fonı ayırmak üçün OTSU eşikləmə metodini kullanmıştır. OTSU metodi, görüntünün parlaklık histogramını iki sınıfa ayıran və sınıflar arası varyansı ən yüksək yapan eşiği otomatik seçmektedir. Böylece tədqiqatcı tarafından elle belirlenecek sabit bir eşikten doğabiləcek öznellik azaltılmıştır.

Farklı koşullarda seçilən normalize OTSU eşikleri maksimum OH yoğunluğunun təxminən 0,20-0,30’u arasında dşəbəkəılmış, ortalama değer təxminən 0,25 olmuştur. Bu nəticə daha sonra rəqəmsal modelde de kullanılmış və maksimum OH mol kesrinin %25’ine karşılık gelen konum karşılaştırma sınırı kimi seçilmiştir. Bu %25 düzeyi gerçek alov səthinin mutlak fiziki sınırı deyil; eksperimental və rəqəmsal şekil göstergelerini eyni referansla karşılaştırmaya yarayan ampirik bir ölçüttür.

İki geometrik gösterge tanımlanmıştır:

• Alev genişliği: Enjektör merkez çizgisi ilə dış reaksiya təbəqəsinın OTSU sınırı arasındaki radyal mesafe.
• Pilot alov kalkma yüksəkliği: Nozul çıkış düzlemi ilə iç reaksiya təbəqəsinın tabanı arasındaki eksenel mesafe.

Grafiklerden təxminən kimi okunduğunda ana hızın 10 m/s olduğu koşullarda alov eni %20 hidrojen düzeyinde təxminən 7,3-7,8 mm iken %80 hidrojen düzeyinde Φ_g değerine bşəbəkəlı kimi təxminən 14-17,7 mm’ye ulaşmıştır. Pilot alov kalkma yüksəkliği eyni hidrojen aralığında təxminən 3,4-4,6 mm’den təxminən 14,8-18,8 mm’ye yükselmiştir. Bunlar grafik üzərindən təxminən okunan değerlerdir və kesin ham vəri kimi değerlendirilmemelidir.

Ana hızın 15 m/s olduğu və bütün ölçüm koşullarının qalxmış alov oluşturduğu durumda genişlik artışı daha sınırlı kalmıştır. Alev genişliği %20 hidrojen düzeyinde təxminən 6,8-7,7 mm, %60 hidrojen düzeyinde təxminən 8,3-10,5 mm aralığındadır. Pilot kalkma yüksəkliği ise Φ_g değerine bşəbəkəlı kimi daha fərqli mutlak düzeyler göstərmişdir. Bu durum kalkma yüksəkliğinin yalnızca tutunmuş-kalkmış geçişini değil, kalkmış rejim üçündeki iç reaksiya təbəqəsi konumunu da temsil ettiğini göstərir.

Momentum oranı neden anahtar parametre kimi qiymətləndirilmişdir?

Hidrojen oranı, ana hız və ekvivalentlik nisbəti birbirini etkiləyen işletme değişkenleridir. Tədqiqatçılar bu değişkenlerin aerodinamik sonucunu tek bir büyüklükte toplamak üçün pilot və əsas keçidlerin momentum akısı oranını kullanmıştır:

\[ J = \frac{\rho_P U_P^2}{\rho_M U_M^2} \]

Burada J boyutsuz momentum nisbətinı, ρ_P və ρ_M pilot və əsas keçidlerdeki karışım yoğunluklarını, U_P və U_M ise nozul çıkış hızlarını göstərir. Momentum akısı yoğunluk ilə hızın karesinin çarpımına bşəbəkəlı olduğu üçün hızdaki bir değişim, pilot və ana akımlar arasındaki dengeyi güçlü biçimde değiştirmektedir.

Grafiklerin yatay ekseninde yazarların kullandığı J^0,16 - 0,23 dönüşümü gösterilmiştir. Deneysel nəticələrda elde edilən doğrusal uyumlar şöyledir:

Alev genişliğinin kalkmış rejimde daha aşşəbəkəı R² göstermesi, tek parametrenin bu rejimdeki bütün morfolojiyi açıklayamadığını göstərir. Dış alov kökü injektorden ayrıldıktan sonra yerel karışım, ters axın, kesme tabakası gerinimi, kısmi ön karışım derecesi və zamansal dalgalanma daha güçlü roller üstlenmektedir. Buna karşılık pilot kalkma yüksəkliği, merkez jetin devridaim bölgesiyle nerede karşılaştığını doğrudan yansıttığı üçün momentum nisbətina daha düzenli tepki vərmiştir.

Bir boyutlu OPPDIF modeli neyi temsil etmektedir?

Sayısal model bütün yanma kamerasını və ya üç boyutlu girdaplı turbulentlikı çözmemiştir. Tədqiqatçılar OH-PLIF görüntülərində görülen iki əsas reaksiya təbəqəsinı ayrı yerel qarşı axın alovları kimi idealize etmiştir.

• Durum I: Dış reaksiya təbəqəsinı temsil etmektedir. Bir taraftan ön karışımlı CH₄/hava, karşı taraftan saf H₂ gönderilmiştir. Her iki giriş sıcaklığı 298 K, CH₄/hava giriş hızı 10 m/s, hidrojen hızı ise təcrübə koşuluna bşəbəkəlı değişken kimi tanımlanmıştır.
• Durum II: İç pilot reaksiya təbəqəsinı temsil etmektedir. Alt taraftan 298 K sıcaklığında H₂, karşı taraftan Durum I hesabından elde edilən yanmış qaz biləşimi gönderilmiştir. Yanmış gaz sıcaklığı ilgili koşulun adyabatik alov sıcaklığına eşitlenmiştir.

Her iki modelde nozul aralığı 20 mm, basınç 1 atm və uyarlanabilir hesablama şəbəkəı 600-900 nokta kimi belirlenmiştir. Kimyasal tepkime mekanizması kimi GRI-Mech 3.0 istifadə edilmişdir.

Durum I’de maksimum OH mol kesrinin %25’ine karşılık gelen sınırın konumu, təcrübədeki alov eninin karşılığı kimi tanımlanmıştır. Durum II’de eyni %25 ölçütü hidrojen giriş sınırı ilə reaksiyon bölgesi arasındaki pilot kalkma yüksəkliğini belirlemek üçün istifadə edilmişdir.

Bir boyutlu modelde hidrogen nisbəti arttıkça hem alov eni hem pilot kalkma yüksəkliği düzenli biçimde artmıştır. Momentum göstergesiyle yapılan doğrusal uyumda Durum I və Durum II üçün R² = 0,95 elde edilmişdir. Bu güçlü uyum, yerel reaksiyon tabakalarının ana eğilimlerinin indirgenmiş bir qarşı axın modeliyle açıklanabiləceğini göstərmişdir.

Ancak simulyasiyadaki mutlak alov eni təxminən 2,1-3,9 mm, pilot kalkma yüksəkliği təxminən 2,0-6,6 mm düzeyindedir və eksperimental makroskopik değerlerle doğrudan örtüşmemektedir. Tədqiqatçılar da modelin değerini mutlak boyut tahmininde değil, hidrogen nisbəti və momentum değiştikçe alov şeklinin hangi yönde değiştiğini açıklamasında görmektedir.

Tədqiqatda istifadə olunan əsas tənlikler

Ana girdap sayısı

\[ S_M = \frac{\pi(r_o^2-r_P^2)(r_i-t/2)}{4\,t\,h}\,r_o \]

S_M əsas burulğan oluşturucunun boyutsuz girdap yoğunluğudur. r_o, r_P və r_i sırasıyla ana nozul çıkış yarıçapını, pilot nozul yarıçapını və ana geçidin iç yarıçapını; t teğetsel kanal genişliğini, h kanat yüksəkliğini göstərir. Denklem dizgisinde son r_o teriminin kesrin dşüada görünmesi, bu terimin çarpan mı yoksa paydanın devamı mı olduğu konusunda tipografik qeyri-müəyyənlik oluşturmaktadır. Tədqiqat bu parantezlemeyi ayrıca açıklamamıştır; ifade burada metindeki sembol sırasına sadık kalınarak aktarılmıştır.

Pilot girdap sayısı

\[ S_P = \frac{2}{3}\left[\frac{1-(d_h/d)^3}{1-(d_h/d)^2}\right]\tan\theta \]

S_P pilot burulğan sayısıdır. d_h merkez göbek çapını, d pilot burulğan oluşturucunun çapını və θ pilot kanat açısını göstərir. Çap oranları və tanjant terimi boyutsuz olduğundan S_P de boyutsuzdur.

Küresel ekvivalentlik nisbəti

\[ \Phi_g = s\frac{\dot{m}_{CH_4}+\dot{m}_{H_2}}{\dot{m}_a} \]

Φ_g küresel ekvivalentlik nisbətidır. ṁ_CH₄ və ṁ_H₂ yakıtların, ṁ_a ise havanın kütlesel debisidir. Debilər eyni birimle, örneğin kg/s ilə kullanıldığında oran boyutsuzdur. s, karişıq yakıtın stokiyometrik yakıt-hava oranını temsil etmektedir.

Stokiyometrik oran

\[ s = \frac{(2-1.5X_{H_2})(W_{O_2}+3.76W_{N_2})}{X_{CH_4}W_{CH_4}+X_{H_2}W_{H_2}} \]

W_i ilgili türün molekulyar şəbəkəırlığını, X_CH₄ və X_H₂ yakıt biləşenlerinin mol və ya hacim əsasli oranlarını göstərir. 3,76 əmsalsı havadaki azot-oksigen mol oranını temsil eden model əmsalsıdır.

Hidrojen içeriği

\[ X_{H_2} = \frac{\dot{V}_{H_2}}{\dot{V}_{CH_4}+\dot{V}_{H_2}} \]

V̇_H₂ və V̇_CH₄ hidrojen ilə metanın hacimsel debiləridir. Aynı hacimsel debi birimi kullanıldığında X_H₂ boyutsuzdur və tədqiqatda yüzde kimi ifade edilmişdir.

Pilot-ana momentum nisbəti

\[ J = \frac{\rho_PU_P^2}{\rho_MU_M^2} \]

Bu tənlik pilot akımının momentum akısını ana akımın momentum akısına görə karşılaştırmaktadır. J büyüdükçe merkez pilot akımının ana akıma görə aerodinamik etkisi artmaktadır. Tədqiqatnın əsas sonucu, alov şeklinin yalnızca yakıt biləşiminden çok bu görəli momentum dengesiyle düzenli biçimde açıklanabildiğidir.

Grafikler və şekiller ne göstərir?

• Deney düzeneği şeması: Dış CH₄/hava geçidi, iç H₂ pilot geçidi, iki fərqli girdap oluşturucu və kvars pəncərəli yanma kamerasının geometrik ilişkisini göstərir.
• OH-PLIF və PIV şemaları: 283 nm uyarma ışığıyla OH radikali görüntüleme sistemini və 532 nm lazerle parçacık hareketinden hız alanı çıkaran PIV sistemini göstərir.
• Tutunmuş-kalkmış karşılaştırması: Dış reaksiya təbəqəsinın injektor yakınında devam ettiği yapı ilə kökte sönerek aşşəbəkəı axınta yeniden oluştuğu yapı arasındaki farkı göstərir.
• PIV hız alanları: Her iki rejimde daxili resirkulyasiya bölgəsi bulunduğunu, ancak qalxmış alovde ters axının injektore daha fazla yaklaştığını və ana kesme tabakasındaki sürət qradiyentinın arttığını göstərir.
• Anlık və ortalama OH görüntüləri: Kalkmış alovun daha geniş ortalama OH bölgesinin anlık alov kırışması və konum değişkenliğinden mənbəlandığını göstərir.
• Kararlılık haritası: Hidrojen artşüaın tutunmuş bölgeyi, ana hız artşüaın ise kalkmış bölgeyi genişlettiğini göstərir.
• OTSU grafiği: Farklı koşullardaki otomatik eşiklerin maksimum OH sinyalinin təxminən %20-%30’u arasında toplandığını göstərir.
• Şekil parametresi grafikleri: Alev genişliği və pilot kalkma yüksəkliğinin hidrojenle birlikte genel kimi arttığını göstərir.
• Momentum korelasyonları: İç reaksiya təbəqəsi konumunun momentum nisbətina, kalkmış alov enine kıyasla daha düzenli tepki vərdiğini göstərir.
• OPPDIF nəticələrı: Bir boyutlu modelin eksperimental mutlak boyutları değil, değişim yönlerini və momentumla olan ilişkiləri yeniden üretebildiğini göstərir.

Hidrojen və ekvivalentlik nisbətina görə vərilən OH-PLIF görüntülərinin her biri kendi maksimum OH yoğunluğuna görə ayrı ayrı normalize edilmişdir. Bu nedenle görüntülər fərqli koşullar arasındaki mutlak OH miktarını və ya toplam reaksiyon şiddetini karşılaştırmak üçün kullanılamaz. Görüntüler yalnızca reaksiyon bölgesinin konumu, genişliği və şekli hakkında karşılaştırma sunmaktadır.

Tədqiqatnın desteklediği nəticələr

• Hidrojen oranının artırılması, incelenen ikiqat burulğanlı injektorde pilot desteğini güçlendirerek tutunmuş alov rejimini genişletmiştir.
• Ana axın hızının 15 m/s’ye çıkarılması, qalxmış alov koşullarını belirgin biçimde artırmıştır.
• Kalkmış alov, dış alov kökünün yerel sönmesi və aşşəbəkəı axınta yeniden kararlı hâle gelmesiyle açıklanmıştır.
• Alev genişliği və pilot kalkma yüksəkliği, hidrogen tərkibiyle birlikte genel kimi artmıştır.
• Pilot kalkma yüksəkliği hem tutunmuş hem kalkmış rejimde momentum nisbətiyla güçlü ilişki göstərmişdir.
• Bir boyutlu qarşı axın modeli, üç boyutlu turbulent alovun əsas şekil değişimi eğilimlerini nitel kimi yeniden üretmiştir.

Tədqiqatnın kanıtlamadığı nəticələr

• Tədqiqat ticari bir qaz turbininde saha performansı və ya uzun süreli işletme başarısı göstermemektedir.
• NOx, CO, yanmamış hidrokarbon və ya toplam CO₂ emissiyaları ölçülmemiştir.
• Hidrojen oranının sistem vərimini, elektrik üretim maliyetini və ya türbin ömrünü ne ölçüde değiştirdiği belirlenmemiştir.
• Flashback güvənliği eksperimental kimi haritalanmamış və material dayanımı değerlendirilmemiştir.
• OH-PLIF görüntüləri mutlak istilik ayrılması ölçümü deyil.
• Kalkmış alovde daha güçlü kırışma görülmesi, turbulentlik şiddetinin və ya turbulent yanma hızının kesin kimi arttığını sübut etmir.
• Bir boyutlu simulyasiya bütün girdaplı axın alanını, üç boyutlu turbulentlikı və ya zamana bşəbəkəlı akustik etkiləşimleri çözmemektedir.
• Koreyalasyonlar nedenselliği tek başına kanıtlamaz və momentum nisbəti özellikle kalkmış alov enindeki bütün değişkenliği açıklamamaktadır.

Türkiyə açısından ne ifade etmektedir?

Tədqiqat, doğal gazla çalışan gaz türbinlerinin hidrojen katkılı yakıtlara uyarlanmasında yalnızca yakıt yüzdesine odaklanmanın yeterli olmadığını göstərir. Pilot və əsas keçidlerin geometrisi, hızları, yoğunlukları və görəli momentumu birlikte tasarlanmadığında daha reaktif bir yakıt kullanılması alovun istenen noktada tutulmasını tek başına garanti etmemektedir.

Türkiyə’de qaz turbini, yanma kamerası, enerji dönüşümü və hidrojen teknolojiləri üzərində çalışan ünivərsiteler ilə sanayi kuruluşları açısından tədqiqatın en aktarılabilir yönü, yüksək maliyetli üç boyutlu hesablamalara geçmeden əvvəl OH-PLIF/PIV ölçümlerinin OTSU tabanlı şekil göstergeleriyle rəqəmsallaştırılması və yerel reaksiyon tabakalarının indirgenmiş qarşı axın modelleriyle incelenebilmesidir. Bununla birlikte mevcut nəticələr tek bir laboratuvar injektorü və sınırlı tədqiqat aralığına aittir. Türkiyə’deki gerçek türbinlere aktarım üçün basınçlı yanma təcrübələri, emissiya ölçümleri, flashback sınırları, termoakustik kararlılık, material dayanımı və uzun süreli sistem testleri gereklidir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Deney koşullarının teknik özeti

OH-PLIF ölçümü

• 30 W darbeli Nd:YAG lazer, 10 kHz və 532 nm çıkış istifadə edilmişdir.
• Boyar lazer çıkışı 283 nm’ye dönüştürülerek OH A-X (1,0) geçişinin Q₁ çizgisi uyarılmıştır.
• Darbe enerjisi təxminən 75 µJ/darbe, darbe süresi 10 ns’dir.
• OH sinyali 315 ± 10 nm bant geçiren filtreyle kaydedilmişdir.
• Her koşul üçün 0,4 saniyelik, 10 kHz örnekleme hızında toplam 4.000 görüntü alınmıştır.
• Lazer tabakası yoğunluk profili kararlı Bunsen alovi kullanılarak belirlenmiş və kalibrasyon bir saatlik aralıqlarla tekrarlanmıştır.
• OH-PLIF uzamsal çözünürlüğü təxminən 0,11 mm/piksel kimi bildirilmişdir.
• Görüntüler MATLAB tabanlı kodla işlenmiş və 4.000 kare ortalanmıştır.

PIV hız ölçümü

• 20 W gücünde sürekli 532 nm MGL-W-532 lazer istifadə edilmişdir.
• Akış izleyicisi kimi katı alümina parçacıkları istifadə edilmişdir.
• Görüntüler NAC MEMRECAM HX-7s kamerayla 5 kHz hızında alınmıştır.
• Ardişıq görüntülər arasındaki süre Δt = 200 µs’dir.
• Hız vəktörleri PIVlab üzərindən çapraz korelasyon metodiyle hesablanmışdır.
• Sorgulama penceresi 16 × 16 piksel, bindirme oranı %50 və vəktör aralığı təxminən 1,17 mm’dir.
• Alt piksel yer değiştirme xətası təxminən 0,1 piksel kabul edildiğinde hız ölçümünün görəli belirsizliği ortalama hızın təxminən %1-%3’ü kimi tahmin edilmişdir.
• Toplam 4.000 görüntüden anlık və ortalama hız alanları elde edilmişdir.

Sayısal model koşulları

Ana nəticələr

1. Çift girdaplı injektorde tutunmuş və kalkmış olmak üzere iki əsas alov rejimi belirlenmiştir.
2. Hidrojen içeriği arttıkça tutunmuş alov bölgesi genişlemiş, ana hız arttıkça qalxmış alov bölgesi genişlemiştir.
3. Metan-onlyaklaşımında Φ_g ≤ 0,5 civarında kasad qarışıq sönmesi görülürken hidrojen eklenmesi daha fakir koşullarda alovun sürmesini sşəbəkəlamıştır.
4. Kalkmış alovde dış reaksiya təbəqəsinın kökü injektor yakınında yerel kimi sönmüş və aşşəbəkəı axınta yeniden kararlı hâle gelmiştir.
5. Kalkmış alovde ana kesme tabakasındaki sürət qradiyenti və daxili resirkulyasiya bölgəsinin injektore doğru nüfuzu artmıştır.
6. Alev genişliği ilə pilot alov qalxma hündürlüyü hidrogen tərkibiyle birlikte genel kimi yükselmiştir.
7. Deneysel pilot kalkma yüksəkliğinin momentum göstergesiyle uyumu tutunmuş alovde R² = 0,90, qalxmış alovde R² = 0,92 olmuştur.
8. Tutunmuş alov eni üçün R² = 0,92, kalkmış alov eni üçün daha aşşəbəkəı olan R² = 0,67 elde edilmişdir.
9. Bir boyutlu modelde alov eni və pilot kalkma yüksəkliği üçün R² = 0,95 düzeyinde momentum ilişkisi elde edilmişdir.
10. Bir boyutlu model eksperimental mutlak boyutları vərmemiş, ancak hidrojen və momentum değişimlerine bşəbəkəlı eğilimleri doğru yönde yeniden üretmiştir.

İstatistiksel və ölçümsel qiymətləndirmə

Tədqiqatda doğrusal ilişkilər R² değerleriyle sunulmuştur. Buna karşılık regresyon əmsallarının güvən aralıqları, p değerleri, bşəbəkəımsız təcrübə tekrar sayıları və ya şekil parametreleri üçün standart kənaraçıxma və xəta çubukları vərilmemiştir. Dört bin kare, alovun zamansal davranşüaı örneklemektedir; bunlar bşəbəkəımsız eksperimental tekrarlarla eyni şey deyil. PIV hız belirsizliği %1-%3 kimi tahmin edilmiş, fakat alov eni və kalkma yüksəkliği üçün ayrı bir qeyri-müəyyənlik yayılımı sunulmamıştır.

Metodde görülen iç tutarsızlıklar

• PIV görüntü ölçeği metinde 0,146 nm/piksel kimi belirtilmiştir. Aynı paragrafta 16 pikselin 2,34 mm’ye karşılık geldiği yazılmıştır. 16 × 0,146 mm hesabı təxminən 2,34 mm vərdiği üçün “nm” ifadesinin “mm” olması muhəsas görünmektedir; ancak tədqiqat bunu doğrulamadığından birim sessizce düzeltilmemelidir.
• OH-PLIF kamera modeli metod metninde Photron HSS6, Şekil 2’de ise Photron Fastcam SA-X2 kimi adlandırılmıştır.
• Ana girdap sayısı tənlikinde son r_o teriminin kesir yapısındaki konumu tipografik kimi açık deyil.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: Experimental invəstigation of CH4/H2 co-firing flame structure with comparison to 1D simulation in dual-swirl injector

Yazarlar: Jinseong Kim; Hyunchang Lee; Keeman Lee; Matthew Dunn; Assaad Masri.

Yazar sıralaması: Yukarıdaki liste tədqiqatdaki özgün sırayı korumaktadır.

Eş birinci yazar: Tədqiqatda eş birinci yazarlık və ya eş katkı beyanı yer almır.

Sorumlu yazarlar: Keeman Lee və Assaad Masri.

Kurumlar:

• School of Mechanical and Aerospace Engineering / Center for Aerospace Engineering Research, Sunchon National Univərsity, Suncheon 57922, Republic of Koreyaa.
• School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, The Univərsity of Sydney, NSW 2006, Australia.

DOI:10.2139/ssrn.6944015

Dergi: Hakemli bir dergi və ya nihai dergi yayını bu sürüm üzərindən doğrulanmamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Özgün yayınevi/platform sşəbəkəlayıcısı: SSRN bir hakemli dergi yayınevi deyil. Elsevier Inc. tarafından işletilən preprint və erken aşama tədqiqat platformudur.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Deneysel tədqiqat və birölçülü rəqəmsal modelleme içeren preprint tədqiqat makalesi.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat bir preprinttir və hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir. Nəticələr bu məhdudiyyət dikkate alınarak okunmalıdır.

Resmî mənbə bşəbəkəlantısı:https://ssrn.com/abstract=6944015

Finansman: Tədqiqatda Koreyaa Institute of Energy Technology Evaluation and Planning tarafından desteklenen RS-2023-00254668 numaralı 150 MW F-sınıfı qaz turbini hidrojen birgə yandırma dönüşüm projesi ilə KEIT və Koreya Cumhuriyeti Ticaret, Sanayi və Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen RS-2025-07982969 numaralı hidrojen karışımlı gaz və alov tanılama projesi belirtilmiştir. Matthew Dunn və Assaad Masri üçün Australian Research Council desteği bildirilmişdir.

Bu Türkçe açıklama, yüklenen tədqiqatnın metni, tənlikləri, tabloları, grafik və şekilleri incelenerek hazırlanmıştır. Tədqiqatda bulunmayan bilimsel nəticələr ana içeriğe eklenmemiştir. Dış mənbəlar yalnızca başlık, yazarlar, DOI, SSRN kaydı, platform niteliği və hakemlik durumunun bibliyografik doğrulaması amacıyla istifadə edilmişdir.

Tədqiqatnın əsas məhdudiyyətləri; hakem qiymətləndirməsinden geçmemesi, tek bir laboratuvar injektor geometrisiyle sınırlı olması, atmosferik basınçta yürütülmesi, bşəbəkəımsız təcrübə tekrarları və şekil parametresi qeyri-müəyyənliklerinin ayrıntılı vərilmemesi, emissiya ilə flashback ölçümlerinin bulunmaması və birölçülü modelin üç boyutlu turbulent axını mutlak değerleriyle temsil etmemesidir. OTSU və %25 OH ölçütleri karşılaştırma üçün seçilmiş ampirik sınırlardır; fiziki alov səthinin kesin konumu kimi değerlendirilmemelidir.