Bu tədqiqat, yüksək təzyiqli ammonyak/hava karışımlarının ateşlenmesini iyiləştirmek amacıyla bipolyar nanosaniyə impulslu güc mənbəyiyla çalışan, değiştirilmiş uzun qövs elektrodunu ənənəvi şamyle müqayisə etmişdir. Deneyler 380 K başlangıç sıcaklığındaki sabit həcmli bir yanma kamerasında, 1-7 bar başlangıç basıncı və 0,7-1,4 ekvivalentlik nisbəti aralığında yürütülmüş; alov gelişimi 5.000 kare/saniye hızındaki schlieren görüntüleme, təzyiq ölçümü və istilik ayrılması analiziyle araşdırılmışdır. Benzer elektrota bırakılan enerji və eyni darbe tezlikı altında uzun qövs sistemi daha büyük bir ilkin alov nüvəsi oluşturmuş, alov yayılma sürətinı artırmış, alışdırma gecikməsini kısaltmış və qaldırma qüvvəsine bşəbəkəlı alovun qalxmasını ənənəvi şamye görə azaltmıştır. Ancak nəticələr sabit həcmli laboratuvar odasına aittir; tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir və gerçek bir ammonyak mühərrikunda emissiya, dayanıklılık və ya vərim başarısı göstermemektedir.

Uzun ark elektrodu, tek bir noktada oluşan kıvılcım yerine daha geniş və təxminən çizgisel bir boşalma bölgəsi meydana getirmiştir. Kullanılan bipolar darbeler tekrarlanan elektriksel kırılmayı və enerji aktarımını desteklerken uzatılmış qövs kanalı, karışımın daha büyük bir hacmini ilk anda etkiləmiştir. Bu iki etkinin birleşmesi, alov çekirdeğinin erken dönemde daha hızlı büyümesini sşəbəkəlamıştır.

Alev yayılma hızındaki artış yalnızca erken çekirdeğin büyük olmasıyla açıklanmamıştır. Uzun ark boşalmasının alov cephesinde oluşturduğu kırişıqlıkların bir bölümü yayılma sırasında korunmuş, böylece reaksiyona giren etkin alov səthi genişlemiştir. Bu etki özellikle 7 bar basınçta, Φ = 0,9 və Φ = 1,3 koşullarında gərilmiş alov sürətinın gərilməsiz alov sürətina görə daha fazla yükselmesiyle ilişkiləndirilmiştir.

Tədqiqatın əsas sorusu nedir?

Tədqiqatın əsas sorusu, zor tutuşan və yavaş yayılan ammonyak/hava alovunin yüksək basınç altında geleneksel tek noktalı kıvılcım yerine daha geniş bir uzun qövs plazmasıyla ateşlenmesi hâlinde nasıl değişeceğidir. Tədqiqatçılar özellikle şu üç soruya yanıt aramıştır:

• Uzun ark alışdırmasi, ənənəvi şamye görə alov yayılma sürətinı artırabilir mi?
• Daha hızlı alov gelişimi, qaldırma qüvvəsinin neden olduğu alovun qalxmasını azaltabilir mi?
• Uzun ark boşalmasının oluşturduğu alov kırişıqlıkları, alov səth alanını və gözlenen yayılma hızını nasıl etkilər?

Tədqiqatda bunlara ek kimi alışdırma gecikməsi, ən yüksək yanma təzyiqi, ısı açığa çıkış hızı və kumulyativ istilik ayrılması da karşılaştırılmıştır.

Tədqiqat neden mühümdir?

Amonyak molekülü karbon içermediği üçün karbon içermeyen yakıt sistemleri açısından araştırılmaktadır. Bununla birlikte tədqiqatda vurgulanan aşşəbəkəı reaktivite, yüksək alışdırma enerjisi gereksinimi, dar yanıcılıq aralığı və aşşəbəkəı alov yayılma sürəti, amonyşəbəkəın mühərriklarda kararlı biçimde yakılmasını zorlaştırmaktadır.

Düşük yayılma hızı, alovun yer çekimi və qaldırma qüvvəsinden daha fazla etkilənmesine neden olmaktadır. Sabit hacimli odada başlayan ammonyak alovi yeterince hızlı genişleyemediğinde üst tarafa doğru yükselmekte, alt alov cephesi geride kalmakta və alov elektrot bölgesinden kopmuş görünmektedir. Tədqiqatçılar bu davranışı “alovun qalxması” kimi değerlendirmiştir.

Alev kalkması yalnızca şekilsel bir değişiklik deyil. Tədqiqatda qalxmış alovin əvvəl odanın üst divarına ulaştığı, ardından divarla etkiləşip aşşəbəkəı yönde ilərlemeye devam ettiği gösterilmiştir. Bu iki aşamalı yanma, ısı açığa çıkış hızında ikinci bir tepe oluşturabilmekte və toplam yanma süresini uzatabilmektedir.

Literatürde hangi boşluk hedeflenmiştir?

Nanosaniye darbeli plazma, səth dielektrik bariyer boşalması və fərqli uzun aralıqlı elektrot yapıları daha əvvəl çeşitli yakıtlarda araşdırılmışdır. Ancak bipolyar nanosaniyə impulslu bir güc mənbəyinın, şamden türetilmiş uzun qövs elektroduyla birleştirilərek yüksək təzyiqli ammonyak/hava alışdırmasinde kullanılması yeterince araştırılmamıştır.

Tədqiqatnın özgün yaklaşımı, iki fərqli geliştirme stratejisini bir araya getirmesidir:

• Bipolar nanosaniye darbeleri: Darbe polaritesinin değişmesi və əvvəlki boşalmalardan kalan yüklerin etkisiyle tekrarlanan boşalmanın oluşumunu və enerji aktarımını dəstəkləyir.
• Uzatılmış qövs kanalı: İlk alışdırma bölgesini tek bir noktanın çevresinden daha geniş bir hacme yayarak daha büyük bir ilkin alov nüvəsi oluşturmaktadır.

Uzun ark elektrodu nasıl hazırlanmıştır?

Tədqiqatçılar elektrodu geleneksel bir şamyi değiştirerek oluşturmuştur. Bujinin ön bölümündeki dişler kesilmiş və seramik yalıtım tabakası açığa çıkarılmıştır. Yan tarafta, boşalma filamentinin oluşumunu yönlendirmek amacıyla küçük bir metal çıkıntı bırakılmıştır. Elektriksel boşalma bu çıkıntı ilə şamnin merkez metal çubuğu arasında meydana gelmiştir.

Bu yapı, ənənəvi şamnin kısa və noktasal boşalmasına karşılık daha uzun bir qövs kanalı meydana getirmeyi amaçlamıştır. Bununla birlikte tədqiqatda qövs kanalının kesin uzunluğu, elektrotlar arasındaki ölçülmüş açıklık və karşılaştırılan ənənəvi şamnin ayrıntılı geometrisi rəqəmsal kimi vərilmemiştir. Bu eksiklik, sistemin başka bir laboratuvarda eyni biçimde üretilmesini zorlaştıran metodsel bir məhdudiyyəttır.

Bipolar nanosaniye darbeli güc mənbəyi nasıl çalışmıştır?

Tədqiqatda istifadə olunan yüksək gərginlikli bipolar darbeli güc mənbəyi tədqiqat ekibi tarafından geliştirilmiştir. Doğru akım girişi əvvəl tam körpülü çevirici devresinde işlenmiş, IGBT anahtarlarının kontrolüyle ayarlanabilir bipolar darbeler oluşturulmuştur. Darbeler bir transformatörle yükseltilmiş və maqnit sıxlaşdırma dövrəsiyle yüksək gərginlikli kısa darbelere dönüştürülmüştür.

Deneyler sırasında darbe sayısı ilə tekrar tezlikı sabit tutulmuş; tepe gerilimi, doğru akım girişi və darbe genişlik modulasyonu görəv çevrimi üzərindən ayarlanarak elektrota bırakılan enerji kontrol edilmişdir. Böylece uzun qövs ilə ənənəvi şamnin karşılaştırılması, təxminən eyni enerji girdisi altında yapılmıştır.

Deney düzeneği nasıl kurulmuştur?

Deneyler optik erişime sahip sabit həcmli bir yanma kamerasında gerçekleştirilmiştir. Odanın iç çapı 90 mm’dir. Çevresinde 60 mm çapında üç kvars pəncərə ilə elektrot montajı üçün bir politetrafloroetilən plaka vardır. Kuvars pencereler, flanşlar və basınç kabı yüksək dayanımlı cıvatalarla sıkıştırılmış; sızdırmazlık üçün PTFE contalar istifadə edilmişdir.

Yanma odasının çevresine ısıtıcılar yerleştirilmiş və bütün təcrübələr 380 K başlangıç sıcaklığında yürütülmüştür. Amonyak və hava, belirlenen ekvivalentlik nisbətinda odaya gönderilmiş; təcrübə əvvəlsinde vakum pompası istifadə edilmişdir.

Elektrik gerilimi Tektronix P6015A yüksək gərginlik probuyla, akım Pearson 2877 akım transformatörüyle ölçülmüştür. Yanma odası basıncı AVL GH15DK basınç sensorü və AVL 4P3x microIFEM yük yükselteciyle kaydedilmişdir. Elektriksel sinyaller və basınç değişimi osiloskopla eş zamanlı kimi toplanmıştır. Alev və boşalma görüntüləri Phantom VEO 710 yüksək hızlı kamera və Tokina 100 mm makro objektifle kaydedilmişdir.

Schlieren görüntüləri nasıl işlenmiştir?

Schlieren görüntüleme, alov çevresindeki yoğunluk gradyanlarının görünür hâle getirilmesini sşəbəkəlamıştır. Tədqiqatçılar alov sınırını çıkarmak üçün şu görüntü işleme sırasını uygulamıştır:

1. Alev bulunmayan fon görüntüsü referans kimi alınmıştır.
2. Her alov görüntüsü gri tona dönüştürülmüş və ters çevrilmiştir.
3. Arka plan çıkarılarak alov cephesi belirginleştirilmiştir.
4. Sabit bir eşik kullanılarak görüntü ikili hâle getirilmiştir.
5. Alev bölgesindeki boşluklar doldurulmuş və kopuk konturlar birleştirilmiştir.
6. En dış ana kontur çıkarılarak bu konturun çevrelediği izdüşüm alanı hesablanmışdır.
7. Düzensiz şekillerin tek bir büyüklükle karşılaştırılabilmesi üçün eş alanlı dairenin yarıçapı, ekvivalent alov radiusu kimi tanımlanmıştır.

Tədqiqatda eş alanlı daire ilişkisi ayrıca numaralı bir tənlik kimi vərilmemiştir. Kullanılan tanımın matematiksel karşılığı açıklama amacıyla şu şekilde düşünülebilir:

\[ r_{\mathrm{eq}} = \sqrt{\frac{A_{\mathrm{proj}}}{\pi}} \]

Burada r_eq ekvivalent alov radiusunı, A_proj görüntüde çıkarılan iki boyutlu alov izdüşüm alanını göstərir. Bu yarıçap gerçek üç boyutlu alov geometrisinin tam ölçümü değil, fərqli düzensiz alov şekillerini ortak bir ölçek üzərindən karşılaştıran görüntü tabanlı bir göstergedir.

Alev yayılma hızı nasıl hesablanmışdır?

Tədqiqatçılar alov yarıçapı-zaman eğrisini üç bölgeye ayırmıştır: boşalmanın doğrudan etkilədiği erken dönem, kararlı gelişim dönemi və alovun yanma kamerası divarlarından etkilənmeye başladığı dönem. Alev yayılma hızı, divar etkisinin belirginleşmediği kararlı gelişim aşamasında çıkarılmıştır.

Gerilmiş alov hızı şu tənlikle tanımlanmıştır:

\[ S_b = \frac{dr}{dt} \]

Burada S_b gerilmiş alov yayılma sürətinı, r ekvivalent alov radiusunı və t zamanı göstərir. Yarıçap metre, zaman saniye kimi kullanıldığında hızın birimi m/s’dir.

Küresel alov cephesinin gerilme oranı şu şekilde vərilmiştir:

\[ \varepsilon = \frac{1}{A}\frac{dA}{dt} = \frac{2}{r}\frac{dr}{dt} \]

Burada ε alov gerilme oranını və A alov səth alanını göstərir. ε’nin birimi s^-1’dir. Yarıçap küçüldükçe eyni yayılma hızında geometrik gerilme etkisi büyür; alov genişledikçe bu etki azalır.

Gerilimsiz alov hızı ilə gözlenen gərilmiş alov sürəti arasındaki doğrusal ilişki tədqiqat metninde şu şekilde vərilmiştir:

\[ S_b^0 - S_b = L_b\varepsilon \]

S_b⁰, gerilme oranı sıfıra yaklaştığında elde edilən gərilməsiz alov sürətidır. L_b, hız farkını gerilme oranına bşəbəkəlayan uzunluk boyutlu əmsaldır; tədqiqat metninde bu sembolün adı ayrıca tanımlanmamıştır. Denklemde hız m/s və gerilme oranı s^-1 olduğundan L_b uzunluk birimindedir.

Duvar etkisini sınırlandırmak üçün hız karşılaştırmaları, ekvivalent alov radiusunın 10-15 mm olduğu aralıqtan çıkarılmıştır. Bu büyüklük yanma kamerasının 90 mm iç çapının yüzde 40’ından küçüktür.

Uzun ark alışdırmasi alov yayılmasını nasıl değiştirmiştir?

İncelenen 1-7 bar və Φ = 0,7-1,4 aralığında uzun qövs alışdırmasiyle ölçülen alov yayılma sürəti, karşılaştırılabilən bütün koşullarda ənənəvi şamden daha yüksək bulunmuştur. Tədqiqatçılar bu artışı iki əsas mekanizmaya bşəbəkəlamıştır:

• Uzun boşalma kanalı, daha büyük bir karışım hacminde termal və plazma-kimyəvi etki oluşturarak ilkin alov nüvəsini büyütmüştür.
• Boşalmanın alov cephesinde oluşturduğu kırişıqlıklar, etkin reaksiyon səthini genişletmiş və özellikle erken yayılma döneminde gərilmiş alov sürətinı artırmıştır.

Şekil 8’deki grafik, yayılma hızının ekvivalentlik nisbətiyla əvvəl yükselip təxminən Φ = 1,1-1,2 bölgesinde ən yüksək düzeye ulaştığını, ardından zengin karışım tarafında yeniden azaldığını göstərir. Grafikten təxminən kimi okunduğunda 2 bar basınçta uzun qövs alov hızı Φ = 1,1-1,2 civarında təxminən 0,53-0,56 m/s’ye ulaşırken ənənəvi şamyle elde edilən karşılık təxminən 0,34-0,40 m/s aralığındadır. Bunlar grafikten təxminən okunan değerlerdir və ham vəri kimi değerlendirilmemelidir.

Hem uzun qövs hem de ənənəvi şam üçün başlangıç basıncı arttıkça alov yayılma sürəti genel kimi azalmıştır. Bununla birlikte uzun qövs metodinin şamye görə üstünlüğü yüksək basınç koşullarında da korunmuştur.

Tədqiqatda ayrıca 1 bar basınçta ənənəvi şamnin karışımı ateşleyemediği, uzun qövs sisteminin ise daha büyük boşalma bölgəsi sayesinde alışdırma sşəbəkəlayabildiği bildirilmişdir. Bu nəticə, uzun qövs metodinin incelenen düzende yanıcılıq sınırına yakın koşullarda daha yüksək alışdırma dayanıklılığı sunduğunu göstərir.

Basınç elektriksel boşalmayı nasıl etkiləmiştir?

Doğrudan kamera görüntülərində uzun qövs boşalmasının görünür yoğunluğu 1 bar’dan 7 bar’a doğru genel kimi artmıştır. Tədqiqatçılar bunu, basınç yükselirken N₂ və O₂ yoğunluklarının və boşalmayla oluşabiləcek uyarılmış növlərin artmasıyla ilişkiləndirmiştir.

Ancak başlangıç basıncı 8 bar’a ulaştığında istifadə olunan gerilim və elektrot düzeninde uzun qövs boşalması artık oluşturulamamıştır. Bu nedenle yanma təcrübələri 7 bar ilə sınırlandırılmıştır. Tədqiqat, 8 bar’daki bu kaybı Paschen etkisinin baskın hâle gelmesiyle açıklamaktadır.

Bu nəticə, geliştirilən alışdırma sisteminin bütün yüksək basınç koşullarında kesintisiz çalıştığını göstermemektedir. Tam tersine, mevcut elektrot və güc mənbəyi düzeninin təxminən 8 bar’da belirgin bir elektriksel tədqiqat sınırı vardır.

Alev kalkması nasıl oluşmuştur?

Amonyak/hava alovi yavaş yayıldığında qaldırma qüvvəsi, alovun üst bölümünü alt bölümünden daha hızlı yukarı taşımaktadır. Bunun sonucunda alov elektrot çevresinden yukarı doğru ayrılmakta və alt alov cephesi aşşəbəkəı yönde ilərleyememektedir.

Geleneksel şamyle 7 bar və Φ = 1 koşulunda çekilən görüntülər, belirgin biçimde yukarı taşınmış və denizanasını andıran bir alov yapısı göstərmişdir. Uzun ark elektroduyla eyni basınç və ekvivalentlik nisbətinda daha büyük başlangıç çekirdeği və daha hızlı yayılma nedeniyle bu biçim gözlenmemiştir.

Uzun ark sistemi kullanıldığında dahi çok fakir və çok zengin karışımlarda alovun qalxması tamamen ortadan kalkmamıştır:

• Φ = 0,8: Alev elektrot bölgesinin üzərində kalmış və ancak üst divara ulaştıktan sonra gelişimini sürdürmüştür.
• Φ = 1,1: Alev hızlı yayılmış, qaldırma qüvvəsinin etkisini büyük ölçüde aşmış və belirgin kalkma kısıtı olmadan gelişmiştir.
• Φ = 1,4: Alev alt yönde kısmen yayılmış olsa da yanmayı yine üst divarla etkiləşim sonrasında tamamlamıştır.

Froude sayı neyi göstərir?

Tədqiqatçılar alov yayılma sürəti ilə qaldırma qüvvəsi arasındaki dengeyi Froude sayıyla değerlendirmiştir:

\[ Fr = \frac{S_b}{\sqrt{gR_f}} \]

Burada S_b alov yayılma sürətinı, g yer çekimi ivmesini və R_f alov yarıçapını göstərir. Pay və payda hız biriminde olduğundan Fr boyutsuzdur. Analizlerde divar etkisini azaltmak üçün R_f = 12 mm kullanılmış və nəticələr Fr₁₂ kimi sunulmuştur.

Düşük Froude sayı, alov yayılmasının qaldırma qüvvəsine karşı zayıf kaldığını və kalkma eğiliminin güçlü olduğunu göstərir. Tədqiqatda Fr₁₂ = 0,62 ampirik referans sınırı istifadə edilmişdir:

• Fr₁₂ < 0,62 olduğunda alov alt yönde ilərleyememiş və üst divara doğru kalkmıştır.
• Fr₁₂ > 0,62 olması normal və simetrik yayılma üçün olumlu olmakla birlikte tek başına yeterli deyil.

Nitekim ənənəvi şamyle 7 bar və Φ = 1 koşulunda Froude sayı 0,62’nin üzərində olmasına rşəbəkəmen alovun qalxması gözlenmiştir. Bu nedenle 0,62 eşiği kesin bir kalkma-kalkmama sınırı değil, güçlü kaldırma etkisini belirlemeye yarayan eksperimental bir referanstır.

En yüksək Froude sayıları təxminən Φ = 1,1 koşulunda elde edilmiş və incelenen basınçlarla her iki elektrot türünde bu ekvivalentlik nisbətinda belirgin alovun qalxması gözlenmemiştir. Uzun ark elektrodu, karşılaştırılan yanıcılıq aralığının büyük bölümünde ənənəvi şamden daha yüksək Froude sayıları üretmiştir.

Uzun ark boşalması alov qırışıqlığını nasıl etkiləmiştir?

Alev cephesindeki kırişıqlık, özgün düzensiz konturun çevre uzunluğunun yumuşatılmış referans konturuna oranıyla tanımlanmıştır:

\[ I_L = \frac{L_W}{L_S} \]

Burada I_L boyutsuz qırışıqlıq faktorunü, L_W özgün kırişıq konturun çevresini və L_S yumuşatılmış konturun çevresini göstərir. I_L arttıkça alov cephesinin düzgün bir kontura görə daha uzun və daha kırişıq olduğu anlaşılmaktadır.

Kırışma analizi yalnızca 7 bar’da yapılmıştır. Tədqiqatçılar aşşəbəkəı basınçlı görüntülərde konturların güvənilir biçimde belirlenemediğini və görüntü bozulmasının nicel analizi güçleştirdiğini belirtmiştir.

Eşdeğer alov yarıçapının 3-5 mm olduğu dönem, boşalma sonrasındaki başlangıç kırişıqlığını; 10-15 mm aralığı ise alov ilərledikten sonraki kırişıqlığı temsil etmiştir. Başlangıç faktörünün sonraki faktöre oranı, kırişıqlıkların yayılma sırasında ne ölçüde azaldığını qiymətləndirmək üçün istifadə edilmişdir.

Şekil 12’de bu oran təxminən kimi:

Tablodaki sayılar grafikten təxminən okunmuştur. Hata çubukları beş tekrarlı təcrübəden elde edilən istatistiksel değişkenliği göstərir.

Gerilmiş və gerilimsiz alov hızları ne göstərmişdir?

7 bar’daki Φ = 0,9-1,3 aralığında gərilmiş alov sürəti bütün koşullarda gərilməsiz alov sürətindan daha yüksək bulunmuştur. Bu nəticə, gerçek alov cephesinin geometrik gerilme və kırışma etkiləri nedeniyle, yalnızca içsel yayılma hızından daha yüksək bir görünür yayılma gösterebildiğini ortaya koymaktadır.

Sayısal değerler Şekil 13’ten təxminən okunmuştur. En yüksək mutlak gərilmiş alov sürəti Φ = 1,1’de görülmesine rşəbəkəmen gerilmiş hızın gerilimsiz hıza görə yüzdesel katkısı bu koşulda ən aşşəbəkəı düzeydedir. Tədqiqatçılara görə hızlı və daha kararlı yayılma sırasında başlangıç kırişıqlıkları daha çabuk düzgünleşmiştir.

Φ = 0,9 və Φ = 1,3 koşullarında alovun içsel yayılma hızı daha aşşəbəkəıtür və qaldırma qüvvəsi ilə alov cephesi kararsızlıklarının etkisi daha belirgindir. Bu koşullarda uzun qövsın oluşturduğu kırişıqlıklar daha fazla korunmuş, etkin alov səthi genişlemiş və gərilmiş alov sürətinda daha yüksək oransal artış meydana gelmiştir.

Metindeki kırışma aralığı tutarsızlığı

Alev kırışması bölümündeki bir paragraf, alışdırma sınırına yakın koşulları 7 bar’da Φ = 0,7 və Φ = 1,4 kimi tanımlamaktadır. Ancak:

• Özette hız çıkarılabilən aralıq Φ = 0,9-1,3 kimi vərilmiştir.
• Şekil 12’nin yatay ekseni Φ = 0,9-1,3 aralığındadır.
• Şekil 13 yalnızca Φ = 0,9-1,3 nəticələrını göstərir.
• Takip eden açıklama, ən yüksək görəli artışları Φ = 0,9 və Φ = 1,3 koşullarına bşəbəkəlamaktadır.

Bu nedenle ilgili paragraftaki “0,7 və 1,4” ifadesi diğer vəri və şekillerle uyuşmamaktadır. İçerik hazırlanırken bu değerler düzeltilmemiş; çelişki açıkça korunmuştur.

Ateşleme gecikmesi nasıl tanımlanmıştır?

Ateşleme gecikmesi, elektriksel alışdırma sinyali ilə kumulyativ istilik ayrılmasının toplam istilik ayrılmasının yüzde 10’una ulaştığı an arasındaki süre kimi tanımlanmıştır.

İncelenen bütün eşdeğerlik oranlarında uzun qövs alışdırmasinin gecikme süresi ənənəvi şamden daha kısa bulunmuştur. Tədqiqatçılar bunu iki birbirini destekleyen etkiye bşəbəkəlamıştır:

• Daha büyük ilkin alov nüvəsi və daha yüksək yayılma hızı, erken yanma gelişimini doğrudan hızlandırmıştır.
• Daha zayıf alovun qalxması, alovun üst divara taşınarak gecikmeli biçimde yeniden yayılmasını azaltmıştır.

Gecikme süresi təxminən Φ = 1,1 çevresinde ən aşşəbəkəı düzeye ulaşmıştır. Çok fakir Φ = 0,7-0,8 koşullarında xəta çubukları daha geniştir. Bu durum aşşəbəkəı yayılma hızı, daha aşşəbəkəı Froude sayı və güçlü alovun qalxmasının təcrübələr arası değişkenliği artırmasıyla ilişkiləndirilmiştir.

En yüksək yanma təzyiqi değişmiş midir?

Uzun ark alışdırmasinin ən yüksək yanma təzyiqi üzərindəki etkisi, alışdırma gecikməsi üzərindəki etkisine görə sınırlı kalmıştır. Uzun ark və ənənəvi şam eğriləri eyni basınç və eşdeğerlik oranlarında birbirine yakın seyretmiştir.

Bu nəticə, uzun qövs sisteminin əsas etkisinin yanmanın erken evresinde oluştuğunu göstərir. Elektrot daha büyük çekirdek və daha hızlı erken yayılma sşəbəkəlamış; ancak alov büyüdükten sonra toplam basınç artışı şəbəkəırlıklı kimi karışımdaki toplam kimyəvi enerjiye, başlangıç basıncına və ekvivalentlik nisbətina bşəbəkəlı kalmıştır.

Dolayısıyla tədqiqat, uzun qövs alışdırmasinin eyni yakıt karışımından daha yüksək toplam enerji ürettiğini değil, mevcut enerjinin daha erken və daha düzenli açığa çıkmasını sşəbəkəladığını dəstəkləyir.

Isı açığa çıkış hızı nasıl hesablanmışdır?

Yanma odası basıncından ısı açığa çıkış hızı şu tənlikle hesablanmışdır:

\[ HRR = \frac{V}{\gamma(t)}\frac{dP}{dt} \]

Burada HRR ısı açığa çıkış hızını, V sabit həcmli odanın hacmini, P basıncı, t zamanı və γ(t) zamana bşəbəkəlı xüsusi istilik oranını göstərir. Basınç Pa, hacim m³ və zaman saniye olduğunda eşitliğin birimi W və ya J/s olur. Kümülatif istilik ayrılması, HRR eğrisinin zamana görə integrali alınarak hesablanmışdır.

Tədqiqat bu basitleştirilmiş basınç tabanlı bşəbəkəıntıyı karşılaştırmalı gösterge kimi kullanmıştır. Isı kaybı, divarla ısı alışvərişi və üç boyutlu alov yapısı üçün ayrıntılı bir termodinamik düzeltme modeli sunulmamıştır.

Çift tepeli istilik ayrılması ne anlama gelmektedir?

Alev kalkması belirgin olduğunda ısı açığa çıkış hızı eğrisinde iki ayrı tepe oluşmuştur. Yazarların görsel və basınç vərilərine dayanan açıklaması şöyledir:

1. İlk tepe, yukarı doğru qalxmış alovin yanması sırasında meydana gelmiştir.
2. Alev üst divara çarpmış və divarla etkiləşimden sonra aşşəbəkəı yönde yayılmaya devam etmiştir.
3. Bu sonraki yanma aşaması ikinci ısı açığa çıkış tepesini oluşturmuştur.

6 bar və Φ = 1 koşulunda hem ənənəvi şam hem uzun qövs alışdırmasi alovun qalxması göstərmişdir. Ancak uzun qövsta kalkma daha zayıf olduğu üçün ikinci HRR tepesi daha küçük kalmıştır.

Basınç arttıkça her iki elektrot üçün çift tepe daha belirgin hâle gelmiştir. Tədqiqat bu eğilimi, yüksək basınçta artan gaz yoğunluğu və azalan alov yayılma sürətinın qaldırma qüvvəsine bşəbəkəlı şekil bozulmasını artırmasıyla açıklamaktadır.

Fakir və zengin uç koşullarda da alov hızı düştüğü üçün çift tepeli davranış daha güçlü görülmüştür. Uzun ark alışdırmasi, ikinci tepeyi zayıflatmış və toplam ısı açığa çıkış süresini kısaltmıştır.

Tədqiqatnın desteklediği nəticələr

• Benzer bırakılan enerji və eyni darbe tezlikı altında uzun qövs elektrodu, ənənəvi şamden daha büyük ilkin alov nüvəsi oluşturmuştur.
• Uzun ark alışdırmasi, karşılaştırılabilən bütün təcrübə koşullarında alov yayılma sürətinı artırmıştır.
• Daha hızlı yayılma, alt alov cephesinin qaldırma qüvvəsine karşı ilərlemesini kolaylaştırmış və alovun qalxmasının şiddetini azaltmıştır.
• Uzun ark sistemi, ənənəvi şamden genel kimi daha yüksək Froude sayıları sşəbəkəlamıştır.
• Uzun ark boşalmasının oluşturduğu kırişıqlıkların bir bölümü yayılma sırasında korunmuş və etkin alov səthiyle ilişkiləndirilmiştir.
• Uzun ark alışdırmasi bütün incelenen eşdeğerlik oranlarında alışdırma gecikməsini kısaltmıştır.
• Uzun ark alışdırmasinin ən yüksək yanma təzyiqina etkisi sınırlı kalmıştır.
• Alev kalkmasının neden olduğu ikinci ısı açığa çıkış tepesi uzun qövs metodiyle zayıflamıştır.
• Mevcut elektrot və güc mənbəyiyla 8 bar’da uzun qövs boşalması oluşturulamamıştır.

Tədqiqatnın kanıtlamadığı nəticələr

• Tədqiqat gerçek bir içten yanmalı mühərrikda və ya qaz turbininde gerçekleştirilmemiştir.
• Uzun ark elektrodunun uzun dönem aşınması, kirlenmesi, termal dayanımı və ya bakım ömrü değerlendirilmemiştir.
• NOx, N₂O, yanmamış NH₃ və ya diğer emissiyalar ölçülmemiştir.
• Tədqiqat uzun qövs sisteminin toplam mühərrik vərimini, yakıt tüketimini və ya güç çıkşüaı artırdığını göstermemektedir.
• Sabit hacimli odanın üst divarına çarpan alov davranışı, gerçek mühərrik silindirindeki axın və piston hareketini doğrudan temsil etmemektedir.
• Görüntü tabanlı eşdeğer yarıçap, düzensiz üç boyutlu alov səthinin tamamını ölçmemektedir.
• 1.650 ± 50 mJ düzeyindeki alışdırma enerjisinin gerçek mühərrik elektrik sistemi üçün uygulanabilirliği değerlendirilmemiştir.
• Uzun ark alışdırmasi alovun qalxmasını bütün fakir və zengin koşullarda tamamen ortadan kaldırmamıştır.
• Kırişıqlık ilə hız artışı arasındaki ilişki mekanizmayı dəstəkləyir; ancak bütün hız artşüaın yalnızca kırişıqlıktan mənbəlandığını sübut etmir.
• Bu tədqiqat ticari uygulama, seri üretim və ya güvənlik onayı sunmamaktadır.

Türkiyə açısından ne ifade etmektedir?

Tədqiqatnın Türkiyə’ye aktarılabiləcek əsas mühəndislik mesajı, ammonyak gibi yavaş yanan bir yakıtta alışdırma sisteminin yalnızca toplam enerji miktarıyla değerlendirilmemesi gerektiğidir. Aynı enerji daha geniş bir hacme və uygun zaman ölçeğinde aktarıldığında ilkin alov nüvəsi, yayılma hızı və yanma kararlılığı mühüm ölçüde değişebilmektedir.

Türkiyə’de mühərrik, jeneratör, denizcilik enerjisi, yanma sistemleri və alternatif yakıtlar üzərində çalışan tədqiqat grupları üçün bu metod; değiştirilmiş şam geometrisi, bipolar darbeli güç elektroniği, schlieren görüntüleme və basınç tabanlı istilik ayrılması analizini birleştiren eksperimental bir tədqiqat çerçevəsi sunmaktadır.

Bununla birlikte uygulamaya geçiş üçün hareketli pistonlu mühərrik təcrübələri, yüksək basınçta tekrarlanabilir elektriksel kırılma, gerçek turbulentlik koşulları, emissiya ölçümleri, elektrot dayanımı, elektrik tüketimi və mühərrik kontrolüyle bütünleşme gibi ek doğrulamalar gereklidir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Teknik metod özeti

Karşılaştırmalı ana nəticələr

Ölçüm və qeyri-müəyyənlik qiymətləndirməsi

• Her koşulun en az beş kez tekrarlanması, alışdırma belirsizliğinin eksperimental dşəbəkəılımını göstermeye olanak sşəbəkəlamıştır.
• Grafiklerdeki xəta çubukları beş tekrardan elde edilən istatistiksel xətayı temsil etmektedir.
• Fakir koşullarda alışdırma gecikməsindeki xəta çubukları daha büyüktür; bu durum aşşəbəkəı hız və güçlü kalkmayla ilişkiləndirilmiştir.
• Alev hızı, divar etkisini azaltmak üçün yalnızca 10-15 mm eşdeğer yarıçap aralığında çıkarılmıştır.
• Froude karşılaştırması sabit 12 mm yarıçapta yapılmıştır.
• Kırışma analizi, görüntü kalitesinin yeterli olduğu 7 bar koşuluyla sınırlandırılmıştır.
• Tədqiqat, görüntü eşik değerinin seçimine ilişkin duyarlılık analizi və ya piksel ölçekli kontur belirsizliği sunmamıştır.
• Elektrotun kesin ark uzunluğunun və karşılaştırılan şam geometrisinin vərilmemesi tekrar üretiləbilirliği sınırlandırmaktadır.

Yazarların nəticələrının teknik özeti

1. Bipolar nanosaniye darbelerle uzatılmış qövs kanalının birleştirilmesi, ənənəvi şamye görə daha büyük boşalma alanı və ilkin alov nüvəsi meydana getirmiştir.
2. Uzun ark elektrodu, aşşəbəkəı ammonyak alov hızının oluşturduğu sınırlamayı tamamen ortadan kaldırmasa da karşılaştırılan koşullarda yayılmayı hızlandırmıştır.
3. Yüksek alov hızı, alt alov cephesinin yer çekimine karşı ilərlemesini desteklemiş və kalkma derecesini azaltmıştır.
4. Alev kırişıqlıklarının korunması özellikle Φ = 0,9 və 1,3 koşullarında gerilmiş hızın gerilimsiz hıza görə daha fazla artmasına eşlik etmiştir.
5. Uzun ark alışdırmasi gecikme süresini kısaltmış və istilik ayrılmasının çift tepeli yapısını zayıflatmıştır.
6. En yüksək yanma təzyiqindaki sınırlı değişim, uzun qövsın esas katkısının toplam enerji miktarından çok erken yanma zamanlaması və kararlılığı olduğunu göstərmişdir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı: The Effects of Long-Arc Plasma Ignition on Flame Propagation and Flame Lift-Off of Ammonia/Air Mixtures at High Pressures

Yazarlar: Weixin Rong; Yong Hu; Ruijiao Cao; Feiyang Zhao; Wenbin Yu.

Yazar sıralaması: Yukarıdaki liste tədqiqatdaki özgün sırayı korumaktadır.

Eş birinci yazar: Eş birinci yazarlık və ya eş katkı beyanı yoxdur.

Sorumlu yazarlar: Feiyang Zhao və Wenbin Yu.

Kurum: School of Energy and Power Engineering, Shandong Univərsity, Jinan, Shandong 250061, China.

DOI:10.2139/ssrn.6944014

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

Özgün yayınevi: Nihai bir dergi yayınevi yoxdur; tədqiqat SSRN üzərində preprint kimi paylaşılmıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Sabit hacimli yanma kamerasında gerçekleştirilən eksperimental plazma destekli alışdırma tədqiqatsı; preprint.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir. Nəticələr bu məhdudiyyət dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

Resmî mənbə bşəbəkəlantısı:https://ssrn.com/abstract=6944014

Yazar katkıları: Weixin Rong; özgün taslak yazımı, biçimsel analiz, vəri düzenleme və kavramsallaştırma görəvlerini üstlenmiştir. Yong Hu; doğrulama, tədqiqat və vəri düzenleme tədqiqatlarına katkı sşəbəkəlamıştır. Ruijiao Cao; yazılım və eksperimental tədqiqatya katkıda bulunmuştur. Feiyang Zhao; gözden geçirme-düzenleme, metod və finansman teminini yürütmüştür. Wenbin Yu; gözetim, mənbəlar və proje yönetiminden sorumlu olmuştur.

Yapay zekâ kullanım beyanı: Yazarlar, bazı bölümlerin okunabilirliğini və dilini iyiləştirmek amacıyla DeepSeek kullandıklarını; daha sonra içeriği gözden geçirip düzenlediklerini və yayın içeriğinin sorumluluğunu üstlendiklerini bildirmişdir.

Çıkar çatışması: Yazarlar tədqiqatyı etkiləyebiləcek bilinen mali çıkar və ya kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmiştir.

Finansman: Tədqiqat, National Natural Science Foundation of China tarafından 52406145 numaralı destek kapsamında finanse edilmişdir.

Bu Türkçe bilimsel açıklama, yüklenen tədqiqatnın baştan sona incelenmesiyle hazırlanmıştır. Deney düzenekleri, elektriksel dalga biçimleri, schlieren görüntüləri, tənlikler, karşılaştırmalı grafikler, basınç və istilik ayrılması nəticələrı tədqiqatda sunulan kapsam üçünde aktarılmıştır. Tədqiqatda bulunmayan bilimsel nəticələr eklenmemiştir. Dış doğrulama yalnızca başlık, yazarlar, DOI, SSRN kaydı və yayın durumunun bibliyografik kontrolü amacıyla istifadə edilmişdir.

Tədqiqatnın əsas məhdudiyyətləri; hakem qiymətləndirməsinden geçmemesi, təcrübələrin sabit həcmli laboratuvar odasında yapılması, gerçek mühərrik içi turbulentlik və piston hareketinin bulunmaması, emissiya ölçümlerinin yapılmaması, elektrotun kesin ark geometrisinin vərilmemesi, uzun dönem elektrot dayanımının değerlendirilmemesi, 8 bar’da uzun qövsın oluşturulamaması və kırışma bölümündeki ekvivalentlik nisbəti tutarsızlığıdır.

Sonuçlar, uzun qövs plazma alışdırmasınin incelenen təcrübə düzeninde ammonyak/hava alovunin erken gelişimini hızlandırabildiğini və qaldırma qüvvəsine bşəbəkəlı kalkmayı azaltabildiğini göstərir. Sonuçlar gerçek mühərriklarda etkinlik, güvənlik, emissiya və ya ticari başarı kanıtı kimi yorumlanmamalıdır.