Hidrojenle zenginleştirilmiş metanın özel tasarlanmış bir brülörde yanma performansının analizi

Artan küresel enerji talebi ve çevresel kaygılar nedeniyle, saf hidrojenin olumsuz yanma etkileri göz önünde bulundurularak, hidrojen gazının konvansiyonel yakıtlarla farklı oranlarda karıştırılması yoluyla optimum yanma koşullarının sağlanmasına yönelik çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, özel olarak tasarlanmış bir brülör içerisinde metan gazı ile gerçekleştirilen yanma sürecine, ön karıştırma yapılmaksızın farklı konsantrasyonlarda hidrojen ilavesinin alev karakteristikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Analizler, ANSYS Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ile gerçekleştirilmiş; elde edilen sonuçlar yapay sinir ağı (YSA) yöntemi ile yorumlanarak tahmin edilmiştir. Bu kapsamda, CH4 gazı ile %0 ila %30 arasında, %2.5'lik artışlarla 13 farklı hidrojen konsantrasyonu kullanılarak yanma reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, karışımdaki hidrojen oranının artmasıyla birlikte alev sıcaklığının yükseldiği ve genel olarak alev yapısının daha kararlı hale geldiği gözlemlenmiştir. Maksimum alev sıcaklığı, %30 hidrojen ilavesinde 2303.82 K olarak elde edilmiştir. Ancak bu konsantrasyonda artış eğiliminin yataylaştığı, karışımın zengin karışım davranışı sergilediği ve sıcaklık artış hızının azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, brülör merkezindeki eksenel alev profili daha stabil hale gelmiş ve tutarlı dağılımlar gözlemlenmiştir. Elde edilen maksimum sıcaklıklarla doğru orantılı olarak maksimum hız değerlerinde de artış eğilimi gözlenmiştir. YSA ve regresyon denklemleri ile yapılan öngörü analizleri sonucunda, sonuçların doğruluk oranı hesaplanmış ve HAD çalışmalarının güvenilirliği test edilmiştir. HAD analiz sonuçları, literatürdeki çeşitli deneysel çalışmalarla karşılaştırılarak doğrulanmış ve sonuçların uyumlu olduğu belirlenmiştir.