Ushbu tadqiqot ikki girdobli gaz turbinasi injektorida metan-vodorod birgalikda yoqish alangalarining injektorga birikkan yoki injektordan ko‘tarilgan holatda qanday barqarorlashishini tajribaviy o‘lchovlar va bir o‘lchovli qarshi oqim simulyatsiyalari bilan o‘rgangan. Tadqiqotchilar 36 ish sharoitida yuqori tezlikli OH tekis lazer bilan induksiyalangan fluoresans tasvirlash, zarracha tasvirli tezlik o‘lchovi va CHEMKIN asosidagi OPPDIF hisoblaridan foydalangan. Vodorod ulushining oshirilishi umuman alangani injektorga biriktirishni qo‘llab-quvvatlagan, asosiy oqim tezligini 10 m/s dan 15 m/s gacha oshirish esa ko‘tarilgan alanga hududini kengaytirgan. Alanga kengligi va pilot alanganing ko‘tarilish balandligi vodorod ulushi bilan birga oshgan va ayniqsa pilot bilan asosiy yo‘lak orasidagi impuls nisbatiga kuchli bog‘liqlik ko‘rsatgan. Biroq tadqiqot peer-reviewdan o‘tmagan preprintdir; bir o‘lchovli model uch o‘lchovli turbulent alanganing mutlaq o‘lchamlarini emas, faqat o‘zgarish tendensiyalarini ifodalaydi.

Tajribaviy tasvirlar ikki asosiy alanga tuzilmasini ko‘rsatgan. Birikkan alangada tashqi reaksiya qatlami injektor chiqishigacha cho‘zilgan, ko‘tarilgan alangada esa ushbu qatlamning ildizi mahalliy ravishda so‘ngan va reaksiya hududi oqim bo‘ylab pastroqda yana barqarorlashgan. Ko‘tarilgan alangada vaqt bo‘yicha o‘rtachalangan OH hududining kengroq ko‘rinishi alohida alanga qatlamlarining fizik jihatdan qalinlashishidan ko‘ra, alanga sirtining tebranishi, burishishi, uzilib-ulanish xatti-harakati va ichki-tashqi reaksiya qatlamlarining qisman qo‘shilishi bilan izohlangan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli tashqi asosiy yo‘lakdan beriladigan oldindan aralashtirilgan CH₄/havo oqimi bilan ichki pilot yo‘lakdan oksidlovchisiz beriladigan sof H₂ oqimi ikki girdobli injektorda qanday o‘zaro ta’sirlashishi va bu o‘zaro ta’sir alangani injektorga birikkan yoki injektordan ko‘tarilgan tuzilishga qanday aylantirishidir. Tadqiqot shuningdek murakkab uch o‘lchovli turbulent alanganing asosiy reaksiya qatlamlarini mahalliy alanga elementlari sifatida ko‘rib, bir o‘lchovli qarshi oqim modeli bilan tushuntirish mumkinmi yoki yo‘qmi, shuni o‘rgangan.

Adabiyotda ikki girdobli alangalar barqarorligi bo‘yicha tadqiqotlar mavjud bo‘lsa-da, o‘rtacha OH-PLIF tasvirlaridan alanga kengligi va pilot alanganing ko‘tarilish balandligi kabi takrorlanadigan geometrik ko‘rsatkichlarni ajratib olish, bu ko‘rsatkichlarni pilot-asosiy oqim impulsi bilan bog‘lash va ayni tendensiyalarni bir o‘lchovli OPPDIF modeli bilan taqqoslash cheklangan bo‘lib qolgan. Tadqiqot ushbu bo‘shliqni tajriba, tasvirni qayta ishlash va soddalashtirilgan sonli modellashtirishni bir doirada birlashtirish orqali to‘ldirishni maqsad qilgan.

Ikki girdobli injektor qanday ishlaydi?

Yonish kamerasi optik o‘lchovlarga imkon beruvchi to‘rtta kvarts oynali, ichki kesimi 70 mm × 70 mm va balandligi 260 mm bo‘lgan kvadrat tuzilishdan iborat. Tashqi halqasimon asosiy yo‘lakdan %99,999 tozalikdagi metan bilan tayyorlangan oldindan aralashtirilgan CH₄/havo oqimi, ichki halqasimon pilot yo‘lakdan esa %99,999 tozalikdagi vodorod yuborilgan. Pilot vodorod oqimiga kirishda havo yoki boshqa oksidlovchi qo‘shilmagan.

Asosiy girdob hosil qilgich tangensial, pilot girdob hosil qilgich esa olti qanotli o‘q bo‘yicha tipda bo‘lgan. Har ikki oqim soat strelkasiga teskari aylantirilgani uchun qurilma bir yo‘nalishli ikki girdobli tuzilma hosil qilgan. Asosiy va pilot girdob sonlari mos ravishda 0,51 va 0,83 deb berilgan. Geometrik sxemada asosiy chiqish diametri 20,0 mm, pilot bo‘lim bilan bog‘liq diametrlar esa 10,7 mm va 7,0 mm deb ko‘rsatilgan.

Girdobli oqim yonib bo‘lgan issiq gazlar markaziy hududdan injektor tomon qayta tashiladigan ichki resirkulyatsiya hududini hosil qiladi. Ushbu qaytuvchi issiq gaz yangi yoqilg‘i-havo aralashmasining qayta alangalanishiga yordam beruvchi uzluksiz issiqlik va faol turlar manbai kabi ishlaydi. Ammo faqat ichki resirkulyatsiya hududi mavjudligi alanga albatta injektorga birikishini anglatmagan. Resirkulyatsiya hududining injektorga qanchalik yaqinlashishi, asosiy oqimning o‘q bo‘yicha tezligi, kesish qatlamidagi tezlik gradienti va pilot vodorod oqimining impulsi birgalikda alanga ildizining joylashuvini belgilagan.

Birikkan va ko‘tarilgan alanga o‘rtasidagi farq nima?

Tadqiqotning muhim talqinlaridan biri ko‘tarilgan alangani butun alanga tuzilmasining bir butun holda yuqoriga ko‘chishi sifatida baholamaslik kerakligidir. Dastlab tashqi reaksiya qatlamining injektorga yaqin ildizida mahalliy reaksiya-tashish muvozanati buziladi, mahalliy so‘nish yuz beradi va alanga qulayroq tezlik hamda aralashish sharoiti bo‘lgan oqim bo‘ylab pastroq joyda qayta birikadi.

Ko‘tarilgan alangada o‘rtacha OH hududining qalinroq ko‘rinishi ham bitta oniy alanga frontining ichki tuzilishi qalinlashganini isbotlamaydi. Soniyasiga 10.000 kadr bilan olingan oniy tasvirlar alanga sirtining vaqt davomida turli joylarga siljishini, kuchliroq burishishini va ichki-tashqi qatlamlarning vaqti-vaqti bilan ustma-ust tushishini ko‘rsatgan. To‘rt ming tasvirni o‘rtachalash ushbu harakatlarning barchasini keng reaksiya hududi ko‘rinishida aks ettiradi.

Vodorod ulushi alanga barqarorligini qanday o‘zgartirgan?

Vodorod ulushining oshishi umuman alangani injektorga biriktirishni qo‘llab-quvvatlagan. Vodorod ulushi ko‘payganda nafaqat aralashmaning kimyoviy reaktivligi o‘zgargan, balki pilot soplodan chiqayotgan vodorodning tezligi va impulsi ham oshgan. Shu tariqa markazdagi pilot oqim tashqi CH₄/havo alanga ildizini injektor yaqinida qo‘llab-quvvatlaydigan kuchliroq aerodinamik va kimyoviy ta’sir hosil qilgan.

Masalan, asosiy oqim tezligi 10 m/s va global ekvivalentlik nisbati 0,6 bo‘lganda %60 vodorod tarkibida birikkan, %50 vodorod tarkibida esa ko‘tarilgan alanga ko‘rsatilgan. Vodorod ulushi %60 dan %50 ga kamaytirilganda asosiy CH₄/havo aralashmasining mahalliy ekvivalentlik nisbati oshgan va bu o‘zgarish alohida baholansa, yonish tezligiga ijobiy ta’sir qilishi mumkin bo‘lgan yo‘nalish yaratgan. Shunga qaramay alanganing ko‘tarilishi o‘tish faqat asosiy alanga kimyosiga bog‘liq emasligini; pilot vodorod oqimining zaiflashgan tezligi, impulsi va alangalanishni qo‘llab-quvvatlashi ko‘proq hal qiluvchi bo‘lganini ko‘rsatgan.

Barqarorlik xaritasida faqat metan ishlatilgan holatda taxminan Φ_g ≤ 0,5 hududida kambag‘al aralashma so‘nishi kuzatilgan. Kichik miqdorda vodorod qo‘shilganda esa alanga pastroq global ekvivalentlik nisbatlarida davom etgan. Bu topilma pilot vodorod oqimi markaziy hududda issiqlik va faol radikal qo‘llab-quvvatlashini ta’minlab, kambag‘al yonish chegarasini kengaytirishi mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq tadqiqot emissiya, yoqilg‘i sarfi yoki tizim samaradorligini o‘lchamaganligi sabab bu barqarorlik o‘sishi bevosita ekologik yoki iqtisodiy foyda sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Asosiy oqim tezligining ta’siri nima?

Asosiy yo‘lakdagi hajmiy tezlikni 10 m/s dan 15 m/s gacha oshirish ko‘tarilgan alanga hududini aniq kengaytirgan. OH-PLIF o‘lchovi o‘tkazilgan va asosiy tezlik 15 m/s bo‘lgan %20-%60 vodorod, Φ_g = 0,5-0,7 sharoitlarining barchasida tashqi alanga ildizi injektordan ajralgan va ko‘tarilgan alanga morfologiyasi saqlangan.

Yuqori asosiy tezlik oldindan aralashtirilgan oqimning o‘q bo‘yicha tashilishini va asosiy kesish qatlamidagi tezlik gradientini oshirgan. Shu tariqa alanga sirtining injektor yaqinida qolishi uchun zarur mahalliy yonish va qayta alangalanish sharoitlari qiyinlashgan. Vodorod ulushining oshishi pilot qo‘llab-quvvatlashini kuchaytirgan bo‘lsa-da, 15 m/s sharoitida bu qo‘llab-quvvatlash asosiy oqimning ustun tashish ta’sirini yengib, alangani qayta injektorga biriktirish uchun yetarli bo‘lmagan.

Global ekvivalentlik nisbati nega yolg‘iz o‘zi yetarli emas?

Global ekvivalentlik nisbati Φ_g tizimdagi jami yoqilg‘ining jami havoga nisbatan stoxiometrik holatini ifodalaydi. Biroq tajriba qurilmasida Φ_g o‘zgartirilganda asosiy yo‘lakning ekvivalentlik nisbati, jami issiqlik quvvati, pilot tezligi, tezlik nisbati va pilot-asosiy o‘zaro ta’siri ham birga o‘zgargan. Shu sababli yuqoriroq Φ_g qiymati har doim alangani injektorga kuchliroq biriktiradi degan sodda xulosa chiqarib bo‘lmagan.

Tasvirlarda Φ_g oshgani sari reaksiya hududi kengroq maydonga tarqalgani, issiqlik ajralishi va termik kengayish bilan alanga oqim bo‘ylab pastroqda rivojlanganroq tuzilma hosil qilgani ko‘ringan. Ayrim sharoitlarda boyroq asosiy aralashmaga qaramay ko‘tarilgan morfologiyaning saqlanishi alanga barqarorligi faqat kimyoviy yonish tezligiga emas, pilot va asosiy oqimlar orasidagi aerodinamik muvozanatga ham bog‘liq ekanini ko‘rsatgan.

OH-PLIF tasvirlari qanday raqamlashtirilgan?

Tadqiqotchilar har bir sharoit uchun 4.000 ta oniy OH-PLIF tasvirini o‘rtachalagan, lazer qatlamining intensivlik tuzatishini qo‘llagan va alanga bilan fonni ajratish uchun OTSU chegaralash usulidan foydalangan. OTSU usuli tasvirning yorqinlik gistogrammasini ikki sinfga bo‘lib, sinflar orasidagi dispersiyani maksimal qiladigan chegarani avtomatik tanlaydi. Shu tariqa tadqiqotchi qo‘lda belgilaydigan sobit chegaradan kelib chiqadigan subyektivlik kamaytirilgan.

Turli sharoitlarda tanlangan normallashtirilgan OTSU chegaralari maksimal OH intensivligining taxminan 0,20-0,30 oralig‘ida tarqalgan, o‘rtacha qiymat taxminan 0,25 bo‘lgan. Bu natija keyinchalik sonli modelda ham ishlatilgan va maksimal OH mol ulushining %25 iga mos keluvchi joylashuv taqqoslash chegarasi sifatida tanlangan. Ushbu %25 daraja haqiqiy alanga sirtining mutlaq fizik chegarasi emas; tajribaviy va sonli shakl ko‘rsatkichlarini bir xil referens bilan taqqoslashga xizmat qiluvchi empirik mezondir.

Ikki geometrik ko‘rsatkich ta’riflangan:

• Alanga kengligi: Injektor markaz chizig‘i bilan tashqi reaksiya qatlamining OTSU chegarasi orasidagi radial masofa.
• Pilot alanganing ko‘tarilish balandligi: Soplo chiqish tekisligi bilan ichki reaksiya qatlamining tagi orasidagi o‘q bo‘yicha masofa.

Grafiklardan taxminiy o‘qilganda asosiy tezlik 10 m/s bo‘lgan sharoitlarda alanga kengligi %20 vodorod darajasida taxminan 7,3-7,8 mm bo‘lgan bo‘lsa, %80 vodorod darajasida Φ_g qiymatiga bog‘liq holda taxminan 14-17,7 mm gacha yetgan. Pilot alanganing ko‘tarilish balandligi xuddi shu vodorod oralig‘ida taxminan 3,4-4,6 mm dan taxminan 14,8-18,8 mm gacha oshgan. Bular grafikdan taxminan o‘qilgan qiymatlardir va aniq xom ma’lumot sifatida baholanmasligi kerak.

Asosiy tezlik 15 m/s bo‘lgan va barcha o‘lchov sharoitlari ko‘tarilgan alanga hosil qilgan holatda kenglik oshishi cheklanganroq bo‘lgan. Alanga kengligi %20 vodorod darajasida taxminan 6,8-7,7 mm, %60 vodorod darajasida esa taxminan 8,3-10,5 mm oralig‘ida bo‘lgan. Pilot ko‘tarilish balandligi esa Φ_g qiymatiga qarab ko‘proq farqlanuvchi mutlaq darajalarni ko‘rsatgan. Bu holat ko‘tarilish balandligi nafaqat birikkan-ko‘tarilgan o‘tishni, balki ko‘tarilgan rejim ichidagi ichki reaksiya qatlamining joylashuvini ham ifodalashini ko‘rsatadi.

Impuls nisbati nega asosiy parametr sifatida baholangan?

Vodorod ulushi, asosiy tezlik va ekvivalentlik nisbati bir-biriga ta’sir qiluvchi ish o‘zgaruvchilaridir. Tadqiqotchilar ushbu o‘zgaruvchilarning aerodinamik natijasini bitta kattalikka jamlash uchun pilot va asosiy yo‘laklarning impuls oqimi nisbatidan foydalangan:

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

Bu yerda J o‘lchamsiz impuls nisbatini, ρ_P va ρ_M pilot va asosiy yo‘laklardagi aralashma zichliklarini, U_P va U_M esa soplo chiqish tezliklarini bildiradi. Impuls oqimi zichlik bilan tezlik kvadratining ko‘paytmasiga bog‘liq bo‘lgani uchun tezlikdagi o‘zgarish pilot va asosiy oqimlar orasidagi muvozanatni kuchli o‘zgartiradi.

Grafiklarning gorizontal o‘qida mualliflar ishlatgan J^0,16 - 0,23 transformatsiyasi ko‘rsatilgan. Tajribaviy natijalardan olingan chiziqli moslashuvlar quyidagicha:

Alanga kengligining ko‘tarilgan rejimda pastroq R² ko‘rsatishi bitta parametr ushbu rejimdagi butun morfologiyani tushuntirib bera olmasligini ko‘rsatadi. Tashqi alanga ildizi injektordan ajralgach mahalliy aralashish, teskari oqim, kesish qatlamining deformatsiyasi, qisman oldindan aralashish darajasi va vaqt bo‘yicha tebranish kuchliroq rol o‘ynaydi. Bunga qarshi pilot ko‘tarilish balandligi markaziy oqim resirkulyatsiya hududi bilan qayerda uchrashishini bevosita aks ettirgani sabab impuls nisbatiga tartibliroq javob bergan.

Bir o‘lchovli OPPDIF modeli nimani ifodalaydi?

Sonli model butun yonish kamerasini yoki uch o‘lchovli girdobli turbulentlikni yechmagan. Tadqiqotchilar OH-PLIF tasvirlarida ko‘rinadigan ikki asosiy reaksiya qatlamini alohida mahalliy qarshi oqim alangasi sifatida idealizatsiya qilgan.

• Holat I: Tashqi reaksiya qatlamini ifodalaydi. Bir tomondan oldindan aralashtirilgan CH₄/havo, qarshi tomondan sof H₂ yuborilgan. Har ikki kirish harorati 298 K, CH₄/havo kirish tezligi 10 m/s, vodorod tezligi esa tajriba sharoitiga bog‘liq o‘zgaruvchi sifatida belgilangan.
• Holat II: Ichki pilot reaksiya qatlamini ifodalaydi. Past tomondan 298 K haroratdagi H₂, qarshi tomondan Holat I hisobidan olingan yonib bo‘lgan gaz tarkibi yuborilgan. Yonib bo‘lgan gaz harorati tegishli sharoitning adiabatik alanga haroratiga tenglashtirilgan.

Har ikki modelda soplo oralig‘i 20 mm, bosim 1 atm va moslashuvchan hisoblash tarmog‘i 600-900 nuqta deb belgilangan. Kimyoviy reaksiya mexanizmi sifatida GRI-Mech 3.0 ishlatilgan.

Holat I da maksimal OH mol ulushining %25 iga mos keladigan chegaraning joylashuvi tajribadagi alanga kengligining mos qiymati sifatida belgilangan. Holat II da ayni %25 mezoni vodorod kirish chegarasi bilan reaksiya hududi orasidagi pilot ko‘tarilish balandligini aniqlash uchun ishlatilgan.

Bir o‘lchovli modelda vodorod ulushi oshgani sari ham alanga kengligi, ham pilot ko‘tarilish balandligi muntazam oshgan. Impuls ko‘rsatkichi bilan qilingan chiziqli moslashuvda Holat I va Holat II uchun R² = 0,95 olingan. Bu kuchli moslashuv mahalliy reaksiya qatlamlarining asosiy tendensiyalari soddalashtirilgan qarshi oqim modeli bilan tushuntirilishi mumkinligini ko‘rsatgan.

Biroq simulyatsiyadagi mutlaq alanga kengligi taxminan 2,1-3,9 mm, pilot ko‘tarilish balandligi esa taxminan 2,0-6,6 mm darajasida bo‘lib, tajribaviy makroskopik qiymatlar bilan bevosita mos kelmaydi. Tadqiqotchilar ham modelning qiymatini mutlaq o‘lchamni bashorat qilishda emas, balki vodorod ulushi va impuls o‘zgarganda alanga shakli qaysi yo‘nalishda o‘zgarishini tushuntirishda ko‘radi.

Tadqiqotda ishlatilgan asosiy tenglamalar

Asosiy girdob soni

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

S_M asosiy girdob hosil qilgichning o‘lchamsiz girdob intensivligidir. r_o, r_P va r_i mos ravishda asosiy soplo chiqish radiusini, pilot soplo radiusini va asosiy yo‘lakning ichki radiusini; t tangensial kanal kengligini, h qanot balandligini bildiradi. Tenglama yozilishida oxirgi r_o hadining kasrdan tashqarida ko‘rinishi ushbu had ko‘paytuvchimi yoki maxrajning davomi ekaniga doir tipografik noaniqlik tug‘diradi. Tadqiqot bu qavslashni alohida izohlamagan; ifoda bu yerda matndagi belgilar ketma-ketligiga sodiq holda ko‘chirilgan.

Pilot girdob soni

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

S_P pilot girdob sonidir. d_h markaziy gupchak diametrini, d pilot girdob hosil qilgich diametrini va θ pilot qanot burchagini bildiradi. Diametr nisbatlari va tangens hadi o‘lchamsiz bo‘lgani uchun S_P ham o‘lchamsizdir.

Global ekvivalentlik nisbati

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

Φ_g global ekvivalentlik nisbatidir. ṁ_CH₄ va ṁ_H₂ yoqilg‘ilarning, ṁ_a esa havoning massaviy sarfidir. Sarflar bir xil birlikda, masalan kg/s bilan ishlatilganda nisbat o‘lchamsiz bo‘ladi. s aralash yoqilg‘ining stoxiometrik yoqilg‘i-havo nisbatini ifodalaydi.

Stoxiometrik nisbat

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

W_i tegishli turdagi molekulyar og‘irlikni, X_CH₄ va X_H₂ esa yoqilg‘i komponentlarining mol yoki hajm asosidagi nisbatlarini bildiradi. 3,76 koeffitsiyenti havodagi azot-kislorod mol nisbatini ifodalovchi model koeffitsiyentidir.

Vodorod tarkibi

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

V̇_H₂ va V̇_CH₄ vodorod hamda metanning hajmiy sarflaridir. Bir xil hajmiy sarf birligi ishlatilganda X_H₂ o‘lchamsiz bo‘ladi va tadqiqotda foiz ko‘rinishida ifodalangan.

Pilot-asosiy impuls nisbati

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

Bu tenglama pilot oqimining impuls oqimini asosiy oqim impuls oqimiga nisbatan taqqoslaydi. J kattalashgani sari markaziy pilot oqimining asosiy oqimga nisbatan aerodinamik ta’siri ortadi. Tadqiqotning asosiy xulosasi alanga shaklini faqat yoqilg‘i tarkibidan ko‘ra aynan shu nisbiy impuls muvozanati bilan muntazamroq tushuntirish mumkinligidir.

Grafiklar va shakllar nimani ko‘rsatadi?

• Tajriba qurilmasi sxemasi: Tashqi CH₄/havo yo‘lagi, ichki H₂ pilot yo‘lagi, ikki xil girdob hosil qilgich va kvarts oynali yonish kamerasi orasidagi geometrik munosabatni ko‘rsatadi.
• OH-PLIF va PIV sxemalari: 283 nm qo‘zg‘atish nuri bilan OH radikalini tasvirlash tizimini va 532 nm lazer yordamida zarracha harakatidan tezlik maydonini chiqaruvchi PIV tizimini ko‘rsatadi.
• Birikkan-ko‘tarilgan taqqoslash: Tashqi reaksiya qatlamining injektor yaqinida davom etadigan tuzilma bilan ildizda so‘nib, oqim bo‘ylab pastroqda qayta hosil bo‘ladigan tuzilma orasidagi farqni ko‘rsatadi.
• PIV tezlik maydonlari: Har ikki rejimda ichki resirkulyatsiya hududi mavjudligini, biroq ko‘tarilgan alangada teskari oqim injektorga ko‘proq yaqinlashishini va asosiy kesish qatlamidagi tezlik gradienti oshishini ko‘rsatadi.
• Oniy va o‘rtacha OH tasvirlari: Ko‘tarilgan alanganing kengroq o‘rtacha OH hududi oniy alanga burishishi va joylashuv o‘zgaruvchanligidan kelib chiqishini ko‘rsatadi.
• Barqarorlik xaritasi: Vodorodning oshishi birikkan hududni, asosiy tezlikning oshishi esa ko‘tarilgan hududni kengaytirishini ko‘rsatadi.
• OTSU grafigi: Turli sharoitlardagi avtomatik chegaralar maksimal OH signalining taxminan %20-%30 oralig‘ida to‘planishini ko‘rsatadi.
• Shakl parametri grafiklari: Alanga kengligi va pilot ko‘tarilish balandligi vodorod bilan birga umuman oshishini ko‘rsatadi.
• Impuls korrelyatsiyalari: Ichki reaksiya qatlami joylashuvi impuls nisbatiga ko‘tarilgan alanga kengligiga qaraganda tartibliroq javob berishini ko‘rsatadi.
• OPPDIF natijalari: Bir o‘lchovli model tajribaviy mutlaq o‘lchamlarni emas, o‘zgarish yo‘nalishlari va impuls bilan bog‘liqliklarni qayta hosil qila olishini ko‘rsatadi.

Vodorod va ekvivalentlik nisbatiga ko‘ra berilgan OH-PLIF tasvirlarining har biri o‘zining maksimal OH intensivligiga nisbatan alohida normallashtirilgan. Shu sababli tasvirlardan turli sharoitlar orasidagi mutlaq OH miqdori yoki jami reaksiya intensivligini taqqoslash uchun foydalanib bo‘lmaydi. Tasvirlar faqat reaksiya hududining joylashuvi, kengligi va shakli haqida taqqoslash beradi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Vodorod ulushining oshirilishi o‘rganilgan ikki girdobli injektorda pilot qo‘llab-quvvatlashini kuchaytirib, birikkan alanga rejimini kengaytirgan.
• Asosiy oqim tezligini 15 m/s gacha oshirish ko‘tarilgan alanga sharoitlarini aniq ko‘paytirgan.
• Ko‘tarilgan alanga tashqi alanga ildizining mahalliy so‘nishi va oqim bo‘ylab pastroqda qayta barqarorlashishi bilan izohlangan.
• Alanga kengligi va pilot ko‘tarilish balandligi vodorod tarkibi bilan birga umuman oshgan.
• Pilot ko‘tarilish balandligi ham birikkan, ham ko‘tarilgan rejimda impuls nisbati bilan kuchli bog‘liqlik ko‘rsatgan.
• Bir o‘lchovli qarshi oqim modeli uch o‘lchovli turbulent alanganing asosiy shakl o‘zgarishi tendensiyalarini sifat jihatdan qayta hosil qilgan.

Tadqiqot isbotlamaydigan natijalar

• Tadqiqot tijoriy gaz turbinasida dala samaradorligi yoki uzoq muddatli ishlash muvaffaqiyatini ko‘rsatmaydi.
• NOx, CO, yonmagan uglevodorodlar yoki jami CO₂ emissiyalari o‘lchanmagan.
• Vodorod ulushi tizim samaradorligini, elektr ishlab chiqarish xarajatini yoki turbina umrini qay darajada o‘zgartirishi aniqlanmagan.
• Flashback xavfsizligi tajribaviy xaritalanmagan va material mustahkamligi baholanmagan.
• OH-PLIF tasvirlari mutlaq issiqlik ajralishi o‘lchovi emas.
• Ko‘tarilgan alangada kuchliroq burishish ko‘rinishi turbulentlik intensivligi yoki turbulent yonish tezligi aniq oshganini isbotlamaydi.
• Bir o‘lchovli simulyatsiya butun girdobli oqim maydonini, uch o‘lchovli turbulentlikni yoki vaqtga bog‘liq akustik o‘zaro ta’sirlarni yechmaydi.
• Korrelyatsiyalar o‘z-o‘zidan sababiyatni isbotlamaydi va impuls nisbati ayniqsa ko‘tarilgan alanga kengligidagi barcha o‘zgaruvchanlikni tushuntirmaydi.

Turkiya nuqtai nazaridan nimani anglatadi?

Tadqiqot tabiiy gaz bilan ishlaydigan gaz turbinalarini vodorod qo‘shilgan yoqilg‘ilarga moslashtirishda faqat yoqilg‘i foiziga e’tibor qaratish yetarli emasligini ko‘rsatadi. Pilot va asosiy yo‘laklarning geometriyasi, tezliklari, zichliklari va nisbiy impulsi birgalikda loyihalanmasa, reaktivroq yoqilg‘idan foydalanish alangani istalgan joyda ushlab turishni o‘z-o‘zidan kafolatlamaydi.

Turkiyada gaz turbinasi, yonish kamerasi, energiya konversiyasi va vodorod texnologiyalari ustida ishlayotgan universitetlar va sanoat tashkilotlari uchun tadqiqotning eng ko‘chiriladigan jihati qimmat uch o‘lchovli hisoblashlarga o‘tishdan oldin OH-PLIF/PIV o‘lchovlarini OTSU asosidagi shakl ko‘rsatkichlari bilan raqamlashtirish va mahalliy reaksiya qatlamlarini soddalashtirilgan qarshi oqim modellari bilan o‘rganish mumkinligidir. Biroq mavjud natijalar bitta laboratoriya injektori va cheklangan ish diapazoniga tegishli. Turkiyadagi haqiqiy turbinalarga ko‘chirish uchun bosimli yonish tajribalari, emissiya o‘lchovlari, flashback chegaralari, termoakustik barqarorlik, material mustahkamligi va uzoq muddatli tizim sinovlari zarur.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tajriba sharoitlarining texnik xulosasi

OH-PLIF o‘lchovi

• 30 W impulsli Nd:YAG lazer, 10 kHz va 532 nm chiqish ishlatilgan.
• Bo‘yoq lazer chiqishi 283 nm ga aylantirilib, OH A-X (1,0) o‘tishining Q₁ chizig‘i qo‘zg‘atilgan.
• Impuls energiyasi taxminan 75 µJ/impuls, impuls davomiyligi 10 ns.
• OH signali 315 ± 10 nm diapazon o‘tkazuvchi filtr bilan qayd etilgan.
• Har bir sharoit uchun 0,4 soniyalik, 10 kHz namunalash tezligida jami 4.000 tasvir olingan.
• Lazer qatlamining intensivlik profili barqaror Bunsen alangasi yordamida aniqlangan va kalibrlash bir soatlik oraliqlarda takrorlangan.
• OH-PLIF fazoviy aniqligi taxminan 0,11 mm/piksel deb bildirilgan.
• Tasvirlar MATLAB asosidagi kod bilan qayta ishlangan va 4.000 kadr o‘rtachalangan.

PIV tezlik o‘lchovi

• 20 W quvvatli uzluksiz 532 nm MGL-W-532 lazer ishlatilgan.
• Oqim kuzatuvchisi sifatida qattiq alyumina zarralari ishlatilgan.
• Tasvirlar NAC MEMRECAM HX-7s kamera bilan 5 kHz tezlikda olingan.
• Ketma-ket tasvirlar orasidagi vaqt Δt = 200 µs.
• Tezlik vektorlari PIVlab orqali o‘zaro korrelyatsiya usuli bilan hisoblangan.
• So‘rov oynasi 16 × 16 piksel, ustma-ust tushish nisbati %50 va vektor oralig‘i taxminan 1,17 mm.
• Subpiksel siljish xatosi taxminan 0,1 piksel deb qabul qilinganda tezlik o‘lchovining nisbiy noaniqligi o‘rtacha tezlikning taxminan %1-%3 qismi deb baholangan.
• Jami 4.000 tasvirdan oniy va o‘rtacha tezlik maydonlari olingan.

Sonli model sharoitlari

Asosiy topilmalar

1. Ikki girdobli injektorda birikkan va ko‘tarilgan deb ataluvchi ikki asosiy alanga rejimi aniqlangan.
2. Vodorod tarkibi oshgani sari birikkan alanga hududi kengaygan, asosiy tezlik oshgani sari ko‘tarilgan alanga hududi kengaygan.
3. Faqat metan yondashuvida Φ_g ≤ 0,5 atrofida kambag‘al aralashma so‘nishi kuzatilgan, vodorod qo‘shilishi esa kambag‘alroq sharoitlarda alangani davom ettirgan.
4. Ko‘tarilgan alangada tashqi reaksiya qatlamining ildizi injektor yaqinida mahalliy ravishda so‘ngan va oqim bo‘ylab pastroqda qayta barqarorlashgan.
5. Ko‘tarilgan alangada asosiy kesish qatlamidagi tezlik gradienti va ichki resirkulyatsiya hududining injektor tomon kirib borishi oshgan.
6. Alanga kengligi va pilot alanga ko‘tarilish balandligi vodorod tarkibi bilan birga umuman oshgan.
7. Tajribaviy pilot ko‘tarilish balandligining impuls ko‘rsatkichi bilan moslashuvi birikkan alangada R² = 0,90, ko‘tarilgan alangada R² = 0,92 bo‘lgan.
8. Birikkan alanga kengligi uchun R² = 0,92, ko‘tarilgan alanga kengligi uchun esa pastroq R² = 0,67 olingan.
9. Bir o‘lchovli modelda alanga kengligi va pilot ko‘tarilish balandligi uchun R² = 0,95 darajasidagi impuls bog‘liqligi olingan.
10. Bir o‘lchovli model tajribaviy mutlaq o‘lchamlarni bermagan, ammo vodorod va impuls o‘zgarishlariga bog‘liq tendensiyalarni to‘g‘ri yo‘nalishda qayta hosil qilgan.

Statistik va o‘lchoviy baholash

Tadqiqotda chiziqli munosabatlar R² qiymatlari bilan berilgan. Bunga qarshi regressiya koeffitsiyentlarining ishonch oralig‘i, p qiymatlari, mustaqil tajriba takrorlari soni yoki shakl parametrlari uchun standart og‘ish va xato chiziqlari berilmagan. To‘rt ming kadr alanganing vaqt bo‘yicha xatti-harakatini namunalaydi; ular mustaqil tajriba takrorlari bilan bir xil emas. PIV tezlik noaniqligi %1-%3 deb baholangan, biroq alanga kengligi va ko‘tarilish balandligi uchun alohida noaniqlik tarqalishi taqdim etilmagan.

Usulda ko‘rinadigan ichki nomuvofiqliklar

• PIV tasvir masshtabi matnda 0,146 nm/piksel deb berilgan. Ayni paragrafda 16 piksel 2,34 mm ga teng ekani yozilgan. 16 × 0,146 mm hisoblash taxminan 2,34 mm bergani uchun “nm” ifodasi “mm” bo‘lishi ehtimol ko‘rinadi; biroq tadqiqot buni tasdiqlamaganligi sabab birlik jimlik bilan tuzatilmasligi kerak.
• OH-PLIF kamera modeli usul matnida Photron HSS6, 2-shaklda esa Photron Fastcam SA-X2 deb atalgan.
• Asosiy girdob soni tenglamasida oxirgi r_o hadining kasr tuzilmasidagi o‘rni tipografik jihatdan aniq emas.

Manba va usul bo‘yicha izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi: Experimental investigation of CH4/H2 co-firing flame structure with comparison to 1D simulation in dual-swirl injector

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

Mualliflar tartibi: Yuqoridagi ro‘yxat tadqiqotdagi asl tartibni saqlaydi.

Teng birinchi muallif: Tadqiqotda teng birinchi mualliflik yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Mas’ul mualliflar: Keeman Lee va Assaad Masri.

Muassasalar:

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

DOI:10.2139/ssrn.6944015

Jurnal: Peer-reviewli jurnal yoki yakuniy jurnal nashri ushbu versiya asosida tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Asl nashriyot/platforma ta’minotchisi: SSRN peer-reviewli jurnal nashriyoti emas. U Elsevier Inc. tomonidan boshqariladigan preprint va erta bosqich tadqiqot platformasidir.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Tajribaviy tadqiqot va bir o‘lchovli sonli modellashtirishni o‘z ichiga olgan preprint tadqiqot maqolasi.

Peer-review holati: Ushbu tadqiqot preprint bo‘lib, peer-reviewdan o‘tmagan. Topilmalar ushbu cheklov hisobga olinib o‘qilishi kerak.

Rasmiy manba havolasi:https://ssrn.com/abstract=6944015

Moliyalashtirish: Tadqiqotda Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning tomonidan qo‘llab-quvvatlangan RS-2023-00254668 raqamli 150 MW F-sinf gaz turbinasi vodorod birgalikda yoqish konversiyasi loyihasi hamda KEIT va Koreya Respublikasi Savdo, sanoat va energetika vazirligi tomonidan qo‘llab-quvvatlangan RS-2025-07982969 raqamli vodorod aralashmali gaz va alanga diagnostikasi loyihasi ko‘rsatilgan. Matthew Dunn va Assaad Masri uchun Australian Research Council ko‘magi bildirilgan.

Ushbu turkcha izoh yuklangan tadqiqotning matni, tenglamalari, jadvallari, grafik va shakllarini ko‘rib chiqish orqali tayyorlangan. Tadqiqotda mavjud bo‘lmagan ilmiy topilmalar asosiy mazmunga qo‘shilmagan. Tashqi manbalar faqat sarlavha, mualliflar, DOI, SSRN yozuvi, platforma xususiyati va peer-review holatini bibliografik tasdiqlash uchun ishlatilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: peer-reviewdan o‘tmaganligi, bitta laboratoriya injektori geometriyasi bilan cheklanganligi, atmosfera bosimida o‘tkazilganligi, mustaqil tajriba takrorlari va shakl parametri noaniqliklari batafsil berilmaganligi, emissiya hamda flashback o‘lchovlari yo‘qligi va bir o‘lchovli model uch o‘lchovli turbulent oqimni mutlaq qiymatlar bilan ifodalamaganidir. OTSU va %25 OH mezonlari taqqoslash uchun tanlangan empirik chegaralardir; ular fizik alanga sirtining aniq joylashuvi sifatida baholanmasligi kerak.