Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü

A nonintrusive diagnostics technique for flame soot based on near-infrared emission spectrometry

Alev isi için yakın-kızılötesi ışıma spektrometrisine dayalı girişimsiz tanılama yöntemi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 201933 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

A novel nonintrusive soot diagnostics methodology was developed, validated and applied for in-situ determination of temperature, volume fraction and refractive index of soot aggregates formed inside flames by using near-infrared emission spectrometry. Research was conducted in three main parts, first one addressing development and validation of a comprehensive ?direct? model for simulation of line-of-sight radiative emission from axisymmetric sooty flames by coupling sub-models for radiative transfer, radiative properties and optical constants. Radiative property estimation for soot agglomerates was investigated by experimentally validating discrete dipole approximation against microwave measurements and using it as reference to assess applicability of simpler Rayleigh-Debye-Gans approximation for fractal aggregates (RDG-FA). Comparisons between predictions of two methods for soot-like model aggregates demonstrated that radiative property predictions of RDG-FA are acceptably accurate for relatively small soot aggregates encountered in smallscale flames. vi Part two concerns experimental investigation of an axisymmetric ethylene/air diffusion flame by Fourier Transform Near-Infrared spectroscopy. Measurement of line-of-sight emission intensity spectra was performed along with analyses on calibration, noise, uncertainty and reproducibility. A noise characterization approach was introduced to account for spatial fluctuations which were found to dominate over spectral noise. Final part focuses on development, evaluation and application of an inversion methodology that inputs spectral emission intensity measurements from optically thin flames, removes noise, identifies soot refractive index from spectral gradients and retrieves soot temperature and volume fraction fields by tomographic reconstruction. Validation with simulated data and favorable application to measurements indicate that proposed methodology is a promising option for nonintrusive soot diagnostics in flames. Keywords: Combustion diagnostics, radiative property, tomography, diffusion flame, soot aggregates

Summary:

Alev içinde oluşan is taneciklerine ilişkin kırılma indisi, sıcaklık dağılımı ve hacim oranı gibi özelliklerin yerinde saptanması için yakın-kızılötesi ışıma spektrometrisine dayanan yeni bir girişimsiz is tanılama yöntemi geliştirilmiş, doğrulanmış ve uygulanmıştır. Üç temel kısımdan oluşan araştırmanın birinci bölümü is içeren eksenel simetrik alevlerde görüş hattı boyunca yayılan ışınım şiddetinin benzetimine ayrılmıştır. Işınım aktarımı, isin ışınım özellikleri ve optik sabitlerinin hesaplanması için geliştirilen yan modeller birleştirilerek kapsamlı bir ?düz? model oluşturulmuştur. Alevde agregalar halinde bulunan is taneciklerinin ışınım özelliklerinin tahmini için iki yöntem ele alınmıştır. Hesaplanan ışınımsal özelliklerin mikrodalga ölçümleriyle karşılaştırılması sonucu doğrulanan ayrık çiftucay yaklaşımı referans alınarak daha sade bir tahmin yolu olan fraktal agregalar için Rayleigh-Debye-Gans yaklaşımının (RDG-FA) amaca uygunluğu değerlendirilmiştir. İs benzeri model agregalar için bu iki yöntemle elde edilen ışınımsal özelliklerin karşılaştırılması sonucunda RDG-FA yönteminin küçük ölçekli alevlerde rastlanan, nispeten daha ufak is taneleri için kabul edilebilir doğrulukta sonuçlar verdiği belirlenmiştir. viii Çalışmanın ikinci kısmında bir eksenel simetrik etilen/hava difüzyon alevinin Fourier dönüşümü yakın-kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile deneysel olarak incelenmesi ele alınmıştır. Görüş hattı ışıma şiddeti tayf ölçümü ve kalibrasyonu gerçekleştirilmiş, deneydeki gürültü miktarı ve belirsizlik düzeyi incelenmiş, ölçümlerin tekrarlanabilirliği sınanmıştır. Spektral gürültüye nazaran daha baskın etkisi olduğu belirlenen konumsal dalgalanmaların nicelik tayini için yeni bir gürültü tanımlama yöntemi önerilmiştir. Araştırmanın son bölümü ölçülen değerlerden alev isine ilişkin özelliklerin elde edilmesi için bir ?ters analiz? yönteminin geliştirilmesi, doğrulanması ve uygulanmasını kapsamaktadır. Optikçe ince alevlerde ölçümlenen ışıma şiddeti tayflarının, gürültüden arındırılması, spektral düşümlerinden kırınım indisi belirlenmesi ve is parçacıklarına dair sıcaklık ve hacim oranı dağılımlarının tomografik geriçatımla elde edilmesi esasına dayanan bir ters algoritma sunulmuştur. Deney simülasyonları ve ölçülmüş ışınım tayfları kullanılarak yapılan doğrulama ve uygulama çalışmalarında elde edilen olumlu sonuçlar, önerilen yöntemin alev isi karakterizasyonu için gelecek vaat eden bir seçenek olduğunu göstermişir. Anahtar Kelimeler: Yanma tanılaması, ışınımsal özellikler, tomografi, difüzyon alevi, is agregaları