Бул изилдөө, кош куюндуу bir газ турбинасы инжекторünde метан-суутек бирге күйгүзүү жалындарыnin инжекторe tutunmuş же инжекторden kalkmış biçimde kararlı hâle gelmesini эксперименталдык ölçümler жана бир өлчөмдүү каршы агым симуляцияларыyla incelemiştir. Изилдөөчүлөр, 36 изилдөө koşulunda жогорку hızlı OH тегиздик лазер менен индукцияланган флуоресценция сүрөтlemesi, бөлүкчө сүрөттөөчү ылдамдык өлчөө жана CHEMKIN tabanlı OPPDIF эсептөөları kullanmıştır. Hidrojen oranının artırılması genel катары жалындын инжекторe tutunmasını desteklerken негизги агым hızının 10 m/s’den 15 m/s’ye çıkarılması көтөрүлгөн жалын bölgesini genişletmiştir. Alev genişliği менен пилоттук жалындын көтөрүлүү бийиктиги суутек катышыyla birlikte artmış жана özellikle pilot менен негизги өтмөк ортосундаki моментум катышыyla güçlü ilişkмененr көрсөткөн. Bununla birlikte изилдөө рецензиядан өтө элек bir preprinttir; бир өлчөмдүү model üç boyutlu турбуленттүү жалындын mutlak boyutlarını değil, yalnızca değişim eğilimlerini temsil etmektedir.

Deneysel сүрөттөр iki негизги жалын yapısı көрсөткөн. Tutunmuş жалынde dış реакция катмары инжектор çıkнурa kadar uzanırken көтөрүлгөн жалынde bu tabakanın kökü yerel катары sönmüş жана reaksiyon bölgesi daha aşторı агымta yeniden kararlı hâle gelmiştir. Kalkmış жалынde zaman ortalamalı OH bölgesinin daha geniş görünmesi, tek tek жалын tabakalarının физикалык катары kalınlaşmasından çok жалын бетinin dalgalanması, kırışması, аралыкlı davranması жана iç-dış reaksiyon tabakalarının kısmen birleşmesiyle açıklanmıştır.

Изилдөөнүн негизги sorusu nedir?

Изилдөөнүн негизги sorusu, dış негизги өтмөкten жанаrмененn ön karışımlı CH₄/hava akımı менен iç пилоттук өтмөкten oksitleyici olmadan жанаrмененn saf H₂ akımının кош куюндуу bir инжекторde nasıl etkмененştiği жана bu etkмененşimin жалынi инжекторe tutunmuş ya da инжекторden kalkmış bir yapıya nasıl dönüştürdüğüdür. Изилдөө ayrıca karmaşık üç boyutlu турбуленттүү жалындын негизги reaksiyon tabakalarının, yerel birer жалынcik gibi ele alınarak бир өлчөмдүү каршы агым modeliyle açıklanıp açıklanamayacторını araştırmıştır.

Literatürde кош куюндуу жалындарыn kararlılığı üzerine изилдөөlar bulunmasına karşın ortalama OH-PLIF сүрөттөрүндөn жалын туурасы жана пилоттук жалындын көтөрүлүү бийиктиги gibi tekrar üretмененbilir геометриялык göstergelerin çıkarılması, bu göstergelerin pilot-негизги агым momentumu менен ilişkмененndirilmesi жана ошол эле eğilimlerin бир өлчөмдүү OPPDIF modeliyle karşılaştırılması sınırlı kalmıştır. Изилдөө bu boşluğu тажрыйба, сүрөт işleme жана indirgenmiş сандык modellemeyi ошол эле çerçeжанаde birleştirerek hedeflemiştir.

Çift girdaplı инжектор nasıl изилдөөktadır?

Yanma odası optik ölçümlere izin жанаren dört кварц терезеli, 70 mm × 70 mm iç kesitli жана 260 mm жогоркуliğinde kare bir yapıdan oluşmaktadır. Dış halkasal негизги өтмөкten %99,999 saflıkta metanla hazırlanan ön karışımlı CH₄/hava akımı, iç halkasal пилоттук өтмөкten ise %99,999 saflıkta hidrojen gönderilmiştir. Pilot hidrojen akımına girişte hava же başka bir oksitleyici eklenmemiştir.

Ana girdap oluşturucu teğetsel, пилоттук куюн oluşturucu ise altı kanatlı eksenel tiptedir. Her iki агым saat yönünün tersine döndürüldüğü үчүн düzenek eş yönlü кош куюндуу yapı oluşturmuştur. Ana жана пилоттук куюн sayıları sırasıyla 0,51 жана 0,83 катары жанаrilmiştir. Geometrik şemada ana çıkış çapı 20,0 mm, pilot bölümle ilişkili çaplar ise 10,7 mm жана 7,0 mm катары gösterilmektedir.

Girdaplı агым, yanmış sıcak gazların merkez bölgesinden инжекторe doğru geri taşındığı bir ички рециркуляция аймагы oluşturur. Bu geri айланган sıcak gaz, taze yakıt-hava karışımının yeniden tutuşmasına yardım eden sürekli bir ısı жана aktif tür kaynторı gibi davranmaktadır. Ancak yalnızca bir ички рециркуляция аймагыnin bulunması жалындын mutlaka инжекторe tutunacторı anlamına gelmemiştir. Devridaim bölgesinin инжекторe ne kadar yaklaştığı, негизги агымın eksenel hızı, kesme tabakasındaki ылдамдык градиенти жана pilot hidrojen jetinin momentumu birlikte жалын kökünün konumunu belirlemiştir.

Tutunmuş жана көтөрүлгөн жалын ортосундаki fark nedir?

Изилдөөnın маанилүү yorumlarından biri, көтөрүлгөн жалынin bütün жалын yapısının tek parça hâlinde yukarı taşınması катары değerlendirilmemesidir. İlk aşamada dış реакция катмарыnın инжекторe yakın kökünde yerel reaksiyon-taşınım dengesi bozulmakta, yerel sönme meydana gelmekte жана жалын daha uygun hız жана karışım koşullarının bulunduğu aşторı агым konumunda yeniden tutunmaktadır.

Kalkmış жалынde ortalama OH bölgesinin daha kalın görünmesi de tek bir anlık жалын cephesinin iç yapısının kalınlaştığını далилдебейт. Saniyede 10.000 kareyle alınan anlık сүрөттөр, жалын бетinin zaman үчүнde ар башка konumlara hareket ettiğini, daha güçlü biçimde kırıştığını жана iç-dış tabakaların zaman zaman üst üste geldiğini көрсөткөн. Dört bin сүрөтnün ortalanması bu hareketlerin tamamını geniş bir reaksiyon bölgesi biçiminde көрсөтөт.

Hidrojen oranı жалын kararlılığını nasıl değiştirmiştir?

Hidrojen oranının yükselmesi genel катары жалындын инжекторe tutunmasını desteklemiştir. Hidrojen oranı arttığında yalnızca karışımın химиялык reaktivitesi değişmemiş, pilot nozuldan çıkan hidrojenin hızı жана momentumu da artmıştır. Böylece merkezdeki pilot jet, dış CH₄/hava жалын kökünü инжектор yakınında destekleyen daha güçlü bir aerodinamik жана химиялык etki oluşturmuştur.

Örneğin негизги агым hızı 10 m/s жана küresel эквиваленттүүлүк катышы 0,6 iken %60 суутек мазмунуnde tutunmuş, %50 суутек мазмунуnde ise көтөрүлгөн жалын gösterilmiştir. Hidrojen oranı %60’tan %50’ye düşürüldüğünde ana CH₄/hava karışımının yerel эквиваленттүүлүк катышы yükselmiş жана bu değişim tek başına değerlendirildiğinde yanma hızına olumlu etki yapabмененcek bir yön oluşturmuştur. Buna rторmen жалындын kalkması, geçişin yalnızca ana жалын химияsına bторlı olmadığını; pilot hidrojen jetinin zayıflayan hızı, momentumu жана tutuşturma desteğinin daha belirleyici olduğunu көрсөткөн.

Kararlılık haritasında yalnızca metan колдонулган durumda болжол менен Φ_g ≤ 0,5 bölgesinde жакыр аралашма sönmesi gözlenmiştir. Küçük miktarda hidrojen eklendiğinde ise жалын төмөнүрөөк küresel eşdeğerlik oranlarında sürdürülebilmiştir. Bu bulgu, pilot hidrojen akımının merkez bölgede ısı жана aktif radikal desteği sторlayarak fakir yanma sınırını genişletebildiğini көрсөтөт. Изилдөө bununla birlikte эмиссия, yakıt tüketimi же sistem жанаrimi ölçmediği үчүн bu kararlılık artışı doğrudan çevresel ya da ekonomik kazanç катары yorumlanmamalıdır.

Ana агым hızının etkisi nedir?

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

Yüksek ana hız, ön karışımlı akımın eksenel taşınımını жана ana kesme tabakasındaki ылдамдык градиентиnı artırmıştır. Böylece жалын бетinin инжектор yakınında kalabilmesi үчүн gereken yerel yanma жана 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 жалынi tekrar инжекторe bторlamaya yetmemiştir.

Küresel эквиваленттүүлүк катышы neden tek başına yeterli эмес?

Küresel эквиваленттүүлүк катышы Φ_g, sistemdeki toplam yakıtın toplam havaya боюнча stokiyometrik durumunu ifade etmektedir. Ancak тажрыйба düzeneğinde Φ_g değiştirildiğinde ana geçidin эквиваленттүүлүк катышы, toplam ısıl güç, pilot hızı, hız oranı жана pilot-ana etkмененşimi de birlikte değişmiştir. Bu nedenle жогорураак Φ_g değerinin her zaman жалынi инжекторe daha güçlü bторlayacторı biçiminde basit bir жыйынтык çıkarılamamıştır.

Görüntülerde Φ_g yükseldikçe reaksiyon bölgesinin daha geniş bir alana yayıldığı, жылуулук бөлүнүшү жана termal genleşmeyle birlikte жалындын aşторı агымta daha gelişmiş bir yapı oluşturduğu görülmüştür. Bazı koşullarda daha zengin ana karışıma rторmen kalkmış morfolojinin sürmesi, жалын kararlılığının yalnızca химиялык yanma hızına değil, pilot жана ana akımlar ортосундаki aerodinamik dengeye bторlı olduğunu көрсөткөн.

OH-PLIF сүрөттөрi nasıl сандыкlaştırılmıştır?

Изилдөөчүлөр her koşul үчүн 4.000 anlık OH-PLIF сүрөтsünü ortalamış, lazer tabakası yoğunluk düzeltmesini uygulamış жана жалын менен фонı ayırmak үчүн OTSU босоголоштуруу ыкмаini kullanmıştır. OTSU ыкмаi, сүрөтnün parlaklık histogramını iki sınıfa ayıran жана sınıflar arası varyansı эң жогорку yapan eşiği otomatik seçmektedir. Böylece изилдөөcı tarafından elle belirlenecek sabit bir eşikten doğabмененcek öznellik azaltılmıştır.

Farklı koşullarda seçмененn normalize OTSU eşikleri maksimum OH yoğunluğunun болжол менен 0,20-0,30’u ортосунда dторılmış, ortalama değer болжол менен 0,25 olmuştur. Bu жыйынтык daha кийин сандык modelde de kullanılmış жана maksimum OH mol kesrinin %25’ine karşılık gelen konum karşılaştırma sınırı катары seçilmiştir. Bu %25 düzeyi gerçek жалын бетinin mutlak физикалык sınırı эмес; эксперименталдык жана сандык şekil göstergelerini ошол эле referansla karşılaştırmaya yarayan ampirik bir ölçüttür.

İki геометриялык gösterge tanımlanmıştır:

• Alev genişliği: Enjektör merkez çizgisi менен dış реакция катмарыnın OTSU sınırı ортосундаki radyal mesafe.
• Pilot жалын kalkma жогоркуliği: Nozul çıkış düzlemi менен iç реакция катмарыnın tabanı ортосундаki eksenel mesafe.

Grafiklerden болжол менен катары okunduğunda ana hızın 10 m/s olduğu koşullarda жалын туурасы %20 hidrojen düzeyinde болжол менен 7,3-7,8 mm iken %80 hidrojen düzeyinde Φ_g değerine bторlı катары болжол менен 14-17,7 mm’ye ulaşmıştır. Pilot жалын kalkma жогоркуliği ошол эле hidrojen аралыктынda болжол менен 3,4-4,6 mm’den болжол менен 14,8-18,8 mm’ye yükselmiştir. Bunlar grafik үстүндөn болжол менен okunan değerlerdir жана kesin ham жанаri катары değerlendirilmemelidir.

Ana hızın 15 m/s olduğu жана bütün ölçüm koşullarının көтөрүлгөн жалын oluşturduğu durumda genişlik artışı daha sınırlı kalmıştır. Alev genişliği %20 hidrojen düzeyinde болжол менен 6,8-7,7 mm, %60 hidrojen düzeyinde болжол менен 8,3-10,5 mm аралыктынdadır. Pilot kalkma жогоркуliği ise Φ_g değerine bторlı катары daha ар башка mutlak düzeyler көрсөткөн. Bu durum kalkma жогоркуliğinin yalnızca tutunmuş-kalkmış geçişini değil, kalkmış rejim үчүнdeki iç реакция катмары konumunu da temsil ettiğini көрсөтөт.

Momentum oranı neden anahtar parametre катары бааланган?

Hidrojen oranı, ana hız жана эквиваленттүүлүк катышы birbirini etkмененyen işletme değişkenleridir. Изилдөөчүлөр bu değişkenlerin aerodinamik sonucunu tek bir büyüklükte toplamak үчүн pilot жана негизги өтмөкlerin momentum akısı oranını kullanmıştır:

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

Burada J boyutsuz моментум катышыnı, ρ_P жана ρ_M pilot жана негизги өтмөкlerdeki karışım yoğunluklarını, U_P жана U_M ise nozul çıkış hızlarını көрсөтөт. Momentum akısı yoğunluk менен hızın karesinin çarpımına bторlı olduğu үчүн hızdaki bir değişim, pilot жана ana akımlar ортосундаki dengeyi güçlü biçimde değiştirmektedir.

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

Alev genişliğinin kalkmış rejimde төмөнүрөөк R² göstermesi, tek parametrenin bu rejimdeki bütün morfolojiyi açıklayamadığını көрсөтөт. Dış жалын kökü инжекторden ayrıldıktan кийин yerel karışım, ters агым, kesme tabakası gerinimi, kısmi ön karışım derecesi жана zamansal dalgalanma daha güçlü roller üstlenmektedir. Buna karşılık pilot kalkma жогоркуliği, merkez jetin devridaim bölgesiyle nerede karşılaştığını doğrudan yansıttığı үчүн моментум катышыna daha düzenli tepki жанаrmiştir.

Bir boyutlu OPPDIF modeli neyi temsil etmektedir?

Sayısal model bütün күйүү камерасыnı же üç boyutlu girdaplı турбуленттүүлүкı çözmemiştir. Изилдөөчүлөр OH-PLIF сүрөттөрүндө görülen iki негизги реакция катмарыnı ayrı yerel каршы агым жалындары катары idealize etmiştir.

• Durum I: Dış реакция катмарыnı 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 тажрыйба koşuluna bторlı değişken катары tanımlanmıştır.
• Durum II: İç pilot реакция катмарыnı temsil etmektedir. Alt taraftan 298 K sıcaklığında H₂, karşı taraftan Durum I hesabından elde edмененn күйгөн газ bмененşimi gönderilmiştir. Yanmış gaz sıcaklığı ilgili koşulun adyabatik жалын sıcaklığına eşitlenmiştir.

Her iki modelde nozul aralığı 20 mm, basınç 1 atm жана uyarlanabilir эсептөө торı 600-900 nokta катары belirlenmiştir. Kimyasal tepkime mekanizması катары GRI-Mech 3.0 колдонулган.

Durum I’de maksimum OH mol kesrinin %25’ine karşılık gelen sınırın konumu, тажрыйбаdeki жалын туурасыnin karşılığı катары tanımlanmıştır. Durum II’de ошол эле %25 ölçütü hidrojen giriş sınırı менен reaksiyon bölgesi ортосундаki pilot kalkma жогоркуliğini belirlemek үчүн колдонулган.

Bir boyutlu modelde суутек катышы arttıkça hem жалын туурасы hem pilot kalkma жогоркуliği düzenli biçimde artmıştır. Momentum göstergesiyle yapılan doğrusal uyumda Durum I жана Durum II үчүн R² = 0,95 elde кылынган. Bu güçlü uyum, yerel reaksiyon tabakalarının ana eğilimlerinin indirgenmiş bir каршы агым modeliyle açıklanabмененceğini көрсөткөн.

Ancak симуляцияdaki mutlak жалын туурасы болжол менен 2,1-3,9 mm, pilot kalkma жогоркуliği болжол менен 2,0-6,6 mm düzeyindedir жана эксперименталдык makroskopik değerlerle doğrudan örtüşmemektedir. Изилдөөчүлөр da modelin değerini mutlak boyut tahmininde değil, суутек катышы жана momentum değiştikçe жалын şeklinin hangi yönde değiştiğini açıklamasında görmektedir.

Изилдөөda колдонулган негизги теңдемеler

Ana girdap sayısı

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

S_M негизги куюн oluşturucunun boyutsuz girdap yoğunluğudur. r_o, r_P жана r_i sırasıyla ana nozul çıkış yarıçapını, pilot nozul yarıçapını жана ana geçidin iç yarıçapını; t teğetsel kanal genişliğini, h kanat жогоркуliğini көрсөтөт. Denklem dizgisinde son r_o teriminin kesrin dнурda görünmesi, bu terimin çarpan mı yoksa paydanın devamı mı olduğu konusunda tipografik аныксыздык oluşturmaktadır. Изилдөө 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 пилоттук куюн sayısıdır. d_h merkez göbek çapını, d пилоттук куюн oluşturucunun çapını жана θ pilot kanat açısını көрсөтөт. Çap oranları жана tanjant terimi boyutsuz olduğundan S_P de boyutsuzdur.

Küresel эквиваленттүүлүк катышы

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

Φ_g küresel эквиваленттүүлүк катышыdır. ṁ_CH₄ жана ṁ_H₂ yakıtların, ṁ_a ise havanın kütlesel debisidir. Debмененr ошол эле birimle, örneğin kg/s менен kullanıldığında oran boyutsuzdur. s, karжарык 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 молекулярдык торırlığını, X_CH₄ жана X_H₂ yakıt bмененşenlerinin mol же hacim негизгиli oranlarını көрсөтөт. 3,76 коэффициентsı havadaki azot-кычкылтек mol oranını temsil eden model коэффициентsıdır.

Hidrojen içeriği

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

V̇_H₂ жана V̇_CH₄ hidrojen менен metanın hacimsel debмененridir. Aynı hacimsel debi birimi kullanıldığında X_H₂ boyutsuzdur жана изилдөөda yüzde катары ifade кылынган.

Pilot-ana моментум катышы

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

Bu теңдеме pilot akımının momentum akısını ana akımın momentum akısına боюнча karşılaştırmaktadır. J büyüdükçe merkez pilot akımının ana akıma боюнча aerodinamik etkisi artmaktadır. Изилдөөnın негизги sonucu, жалын şeklinin yalnızca yakıt bмененşiminden çok bu боюнчаli momentum dengesiyle düzenli biçimde açıklanabildiğidir.

Grafikler жана şekiller ne көрсөтөт?

• Deney düzeneği şeması: Dış CH₄/hava geçidi, iç H₂ pilot geçidi, iki ар башка girdap oluşturucu жана кварц терезеli күйүү камерасыnın геометриялык ilişkisini көрсөтөт.
• OH-PLIF жана PIV şemaları: 283 nm uyarma ışığıyla OH radikali сүрөтleme sistemini жана 532 nm lazerle parçacık hareketinden hız alanı çıkaran PIV sistemini көрсөтөт.
• Tutunmuş-kalkmış karşılaştırması: Dış реакция катмарыnın инжектор yakınında devam ettiği yapı менен kökte sönerek aşторı агымta yeniden oluştuğu yapı ортосундаki farkı көрсөтөт.
• PIV hız alanları: Her iki rejimde ички рециркуляция аймагы bulunduğunu, ancak көтөрүлгөн жалынde ters агымın инжекторe daha fazla yaklaştığını жана ana kesme tabakasındaki ылдамдык градиентиnın arttığını көрсөтөт.
• Anlık жана ortalama OH сүрөттөрi: Kalkmış жалындын daha geniş ortalama OH bölgesinin anlık жалын kırışması жана konum değişkenliğinden булакlandığını көрсөтөт.
• Kararlılık haritası: Hidrojen artнурın tutunmuş bölgeyi, ana hız artнурın ise kalkmış bölgeyi genişlettiğini көрсөтөт.
• OTSU grafiği: Farklı koşullardaki otomatik eşiklerin maksimum OH sinyalinin болжол менен %20-%30’u ортосунда toplandığını көрсөтөт.
• Şekil parametresi grafikleri: Alev genişliği жана pilot kalkma жогоркуliğinin hidrojenle birlikte genel катары arttığını көрсөтөт.
• Momentum korelasyonları: İç реакция катмары konumunun моментум катышыna, kalkmış жалын туурасыne kıyasla daha düzenli tepki жанаrdiğini көрсөтөт.
• OPPDIF жыйынтыктарı: Bir boyutlu modelin эксперименталдык mutlak boyutları değil, değişim yönlerini жана momentumla olan ilişkмененri yeniden üretebildiğini көрсөтөт.

Hidrojen жана эквиваленттүүлүк катышыna боюнча жанаrмененn OH-PLIF сүрөттөрinin her biri kendi maksimum OH yoğunluğuna боюнча ayrı ayrı normalize кылынган. Bu nedenle сүрөттөр ар башка koşullar ортосундаki mutlak OH miktarını же toplam reaksiyon şiddetini karşılaştırmak үчүн kullanılamaz. Görüntüler yalnızca reaksiyon bölgesinin konumu, genişliği жана şekli hakkında karşılaştırma sunmaktadır.

Изилдөөnın desteklediği жыйынтыктар

• Hidrojen oranının artırılması, incelenen кош куюндуу инжекторde pilot desteğini güçlendirerek кармалган жалын rejimini genişletmiştir.
• Ana агым hızının 15 m/s’ye çıkarılması, көтөрүлгөн жалын koşullarını belirgin biçimde artırmıştır.
• Kalkmış жалын, dış жалын kökünün yerel sönmesi жана aşторı агымta yeniden kararlı hâle gelmesiyle açıklanmıştır.
• Alev genişliği жана pilot kalkma жогоркуliği, суутек мазмунуyle birlikte genel катары artmıştır.
• Pilot kalkma жогоркуliği hem tutunmuş hem kalkmış rejimde моментум катышыyla güçlü ilişki көрсөткөн.
• Bir boyutlu каршы агым modeli, üç boyutlu турбуленттүү жалындын негизги şekil değişimi eğilimlerini nitel катары yeniden üretmiştir.

Изилдөөnın kanıtlamadığı жыйынтыктар

• Изилдөө ticari bir газ турбинасыnde saha performansı же uzun süreli işletme başarısı göstermemektedir.
• NOx, CO, yanmamış hidrokarbon же toplam CO₂ эмиссияları ölçülmemiştir.
• Hidrojen oranının sistem жанаrimini, elektrik üretim maliyetini же türbin ömrünü ne ölçüde değiştirdiği belirlenmemiştir.
• Flashback güжанаnliği эксперименталдык катары haritalanmamış жана материал dayanımı değerlendirilmemiştir.
• OH-PLIF сүрөттөрi mutlak жылуулук бөлүнүшү ölçümü эмес.
• Kalkmış жалынde daha güçlü kırışma görülmesi, турбуленттүүлүк şiddetinin же турбуленттүү yanma hızının kesin катары arttığını далилдебейт.
• Bir boyutlu симуляция bütün girdaplı агым alanını, üç boyutlu турбуленттүүлүкı же zamana bторlı akustik etkмененşimleri çözmemektedir.
• Кореяlasyonlar nedenselliği tek başına kanıtlamaz жана моментум катышы özellikle kalkmış жалын туурасыndeki bütün değişkenliği açıklamamaktadır.

Түркия açısından ne ifade etmektedir?

Изилдөө, doğal gazla çalışan gaz türbinlerinin hidrojen katkılı yakıtlara uyarlanmasında yalnızca yakıt yüzdesine odaklanmanın yeterli olmadığını көрсөтөт. Pilot жана негизги өтмөкlerin geometrisi, hızları, yoğunlukları жана боюнчаli momentumu birlikte tasarlanmadığında daha reaktif bir yakıt kullanılması жалындын istenen noktada tutulmasını tek başına garanti etmemektedir.

Түркия’de газ турбинасы, күйүү камерасы, enerji dönüşümü жана hidrojen teknolojмененri үстүндө çalışan üniжанаrsiteler менен sanayi kuruluşları açısından изилдөөнүн en aktarılabilir yönü, жогорку maliyetli üç boyutlu эсептөөlara geçmeden мурда OH-PLIF/PIV ölçümlerinin OTSU tabanlı şekil göstergeleriyle сандыкlaştırılması жана yerel reaksiyon tabakalarının indirgenmiş каршы агым modelleriyle incelenebilmesidir. Bununla birlikte mevcut жыйынтыктар tek bir laboratuvar инжекторü жана sınırlı изилдөө аралыктынa aittir. Түркия’deki gerçek türbinlere aktarım үчүн basınçlı yanma тажрыйбаларi, эмиссия ölçümleri, flashback sınırları, термоакустикалык kararlılık, материал dayanımı жана uzun süreli sistem testleri gereklidir.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Deney koşullarının teknik özeti

OH-PLIF ölçümü

• 30 W darbeli Nd:YAG lazer, 10 kHz жана 532 nm çıkış колдонулган.
• Boyar lazer çıkışı 283 nm’ye dönüştürülerek OH A-X (1,0) geçişinin Q₁ çizgisi uyarılmıştır.
• Darbe enerjisi болжол менен 75 µJ/darbe, darbe süresi 10 ns’dir.
• OH sinyali 315 ± 10 nm bant geçiren filtreyle kaydкылынган.
• Her koşul үчүн 0,4 saniyelik, 10 kHz örnekleme hızında toplam 4.000 сүрөт alınmıştır.
• Lazer tabakası yoğunluk profili kararlı Bunsen жалынi kullanılarak belirlenmiş жана kalibrasyon bir saatlik аралыкlarla tekrarlanmıştır.
• OH-PLIF uzamsal çözünürlüğü болжол менен 0,11 mm/пиксел катары билдирилген.
• Görüntüler MATLAB tabanlı kodla işlenmiş жана 4.000 kare ortalanmıştır.

PIV hız ölçümü

• 20 W gücünde sürekli 532 nm MGL-W-532 lazer колдонулган.
• Akış izleyicisi катары katı alümina parçacıkları колдонулган.
• Görüntüler NAC MEMRECAM HX-7s kamerayla 5 kHz hızında alınmıştır.
• Ardжарык сүрөттөр ортосундаki süre Δt = 200 µs’dir.
• Hız жанаktörleri PIVlab үстүндөn çapraz korelasyon ыкмаiyle эсептелген.
• Sorgulama penceresi 16 × 16 пиксел, bindirme oranı %50 жана жанаktör aralığı болжол менен 1,17 mm’dir.
• Alt пиксел yer değiştirme катаsı болжол менен 0,1 пиксел kabul edildiğinde hız ölçümünün боюнчаli belirsizliği ortalama hızın болжол менен %1-%3’ü катары tahmin кылынган.
• Toplam 4.000 сүрөтden anlık жана ortalama hız alanları elde кылынган.

Sayısal model koşulları

Ana табылгалар

1. Çift girdaplı инжекторde tutunmuş жана kalkmış olmak üzere iki негизги жалын rejimi belirlenmiştir.
2. Hidrojen içeriği arttıkça кармалган жалын bölgesi genişlemiş, ana hız arttıkça көтөрүлгөн жалын bölgesi genişlemiştir.
3. Metan-onlyaklaşımında Φ_g ≤ 0,5 civarında жакыр аралашма sönmesi görülürken hidrojen eklenmesi daha fakir koşullarda жалындын sürmesini sторlamıştır.
4. Kalkmış жалынde dış реакция катмарыnın kökü инжектор yakınında yerel катары sönmüş жана aşторı агымta yeniden kararlı hâle gelmiştir.
5. Kalkmış жалынde ana kesme tabakasındaki ылдамдык градиенти жана ички рециркуляция аймагыnin инжекторe doğru nüfuzu artmıştır.
6. Alev genişliği менен пилоттук жалындын көтөрүлүү бийиктиги суутек мазмунуyle birlikte genel катары yükselmiştir.
7. Deneysel pilot kalkma жогоркуliğinin momentum göstergesiyle uyumu кармалган жалынde R² = 0,90, көтөрүлгөн жалынde R² = 0,92 olmuştur.
8. Tutunmuş жалын туурасы үчүн R² = 0,92, kalkmış жалын туурасы үчүн төмөнүрөөк olan R² = 0,67 elde кылынган.
9. Bir boyutlu modelde жалын туурасы жана pilot kalkma жогоркуliği үчүн R² = 0,95 düzeyinde momentum ilişkisi elde кылынган.
10. Bir boyutlu model эксперименталдык mutlak boyutları жанаrmemiş, ancak hidrojen жана momentum değişimlerine bторlı eğilimleri doğru yönde yeniden üretmiştir.

İstatistiksel жана ölçümsel баалоо

Изилдөөda doğrusal ilişkмененr R² değerleriyle sunulmuştur. Buna karşılık regresyon коэффициенттериnın güжанаn аралыкları, p değerleri, bторımsız тажрыйба tekrar sayıları же şekil parametreleri үчүн standart четтөө жана ката çubukları жанаrilmemiştir. Dört bin kare, жалындын zamansal davranнурı örneklemektedir; bunlar bторımsız эксперименталдык tekrarlarla ошол эле şey эмес. PIV hız belirsizliği %1-%3 катары tahmin edilmiş, fakat жалын туурасы жана kalkma жогоркуliği үчүн ayrı bir аныксыздык yayılımı sunulmamıştır.

Ыкмаde görülen iç tutarsızlıklar

• PIV сүрөт ölçeği metinde 0,146 nm/пиксел катары belirtilmiştir. Aynı paragrafta 16 пикселin 2,34 mm’ye karşılık geldiği yazılmıştır. 16 × 0,146 mm hesabı болжол менен 2,34 mm жанаrdiği үчүн “nm” ifadesinin “mm” olması muhнегизги görünmektedir; ancak изилдөө bunu тастыктооdığından birim sessizce düzeltilmemelidir.
• OH-PLIF kamera modeli ыкма metninde Photron HSS6, Şekil 2’de ise Photron Fastcam SA-X2 катары adlandırılmıştır.
• Ana girdap sayısı теңдемеinde son r_o teriminin kesir yapısındaki konumu tipografik катары açık эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Изилдөөnın tam özgün adı: Experimental inжанаstigation 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 изилдөөdaki özgün sırayı korumaktadır.

Eş birinci yazar: Изилдөөda eş birinci yazarlık же eş katkı beyanı орун алган эмес.

Sorumlu yazarlar: Keeman Lee жана Assaad Masri.

Kurumlar:

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

DOI:10.2139/ssrn.6944015

Dergi: Hakemli bir dergi же nihai dergi yayını bu sürüm үстүндөn doğrulanmamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Özgün yayınevi/platform sторlayıcısı: SSRN bir hakemli dergi yayınevi эмес. Elsevier Inc. tarafından işletмененn preprint жана erken aşama изилдөө platformudur.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: Deneysel изилдөө жана бир өлчөмдүү сандык modelleme içeren preprint изилдөө makalesi.

Hakemlik durumu: Бул изилдөө bir preprinttir жана рецензиядан өтө элекtir. Табылгалар bu чектөө dikkate alınarak okunmalıdır.

Resmî булак bторlantısı:https://ssrn.com/abstract=6944015

Finansman: Изилдөөda Кореяa Institute of Energy Technology Evaluation and Planning tarafından desteklenen RS-2023-00254668 numaralı 150 MW F-sınıfı газ турбинасы hidrojen бирге күйгүзүү dönüşüm projesi менен KEIT жана Корея Cumhuriyeti Ticaret, Sanayi жана Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen RS-2025-07982969 numaralı hidrojen karışımlı gaz жана жалын tanılama projesi belirtilmiştir. Matthew Dunn жана Assaad Masri үчүн Australian Research Council desteği билдирилген.

Bu Türkçe açıklama, yüklenen изилдөөnın metni, теңдемелер, tabloları, grafik жана şekilleri incelenerek hazırlanmıştır. Изилдөөda bulunmayan bilimsel табылгалар ana içeriğe eklenmemiştir. Dış булакlar yalnızca başlık, yazarlar, DOI, SSRN kaydı, platform niteliği жана hakemlik durumunun bibliyografik тастыктооsı amacıyla колдонулган.

Изилдөөnın негизги чектөөлөрү; hakem баалооsinden geçmemesi, tek bir laboratuvar инжектор geometrisiyle sınırlı olması, atmosferik basınçta yürütülmesi, bторımsız тажрыйба tekrarları жана şekil parametresi аныксыздыкlerinin ayrıntılı жанаrilmemesi, эмиссия менен flashback ölçümlerinin bulunmaması жана бир өлчөмдүү modelin üç boyutlu турбуленттүү агымı mutlak değerleriyle temsil etmemesidir. OTSU жана %25 OH ölçütleri karşılaştırma үчүн seçilmiş ampirik sınırlardır; физикалык жалын бетinin kesin konumu катары değerlendirilmemelidir.