Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10118
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorAsrar, Waqar, PhDen_US
dc.contributor.advisorKhan, Sher Afghan, PhDen_US
dc.contributor.advisorHoda, Asif, PhDen_US
dc.contributor.authorRahman, Tariq Md Ridwanuren_US
dc.date.accessioned2020-12-17T02:11:32Z-
dc.date.available2020-12-17T02:11:32Z-
dc.date.issued2020-08-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10118-
dc.description.abstractIn this study, the non-premixed combustion of a traditional fuel- natural gas, and an alternative fuel- biogas, in a swirl-stabilized gas turbine combustor are simulated. The combustion results are analyzed and compared to evaluate the viability of the alternative fuel, biogas, for use in industrial gas turbine combustors. A comprehensive and exhaustive literature review on topics relating the current work is carried out. Two benchmark experimental cases of swirl-stabilized non-reacting and reacting flows are simulated in 3D and validated against the experiments to select the proper numerical, physical and combustion modeling of such complex flows. A swirling gas turbine combustor is designed to carry out non-premixed combustion of the fuels, using a well-known and recognized combustor design methodology and empirical equations. Investigating the existing literatures, the suitable compositions and stoichiometric air-fuel ratio of the gases are determined. Unlike the combustion works in existing literature, the outer annulus region (between the liner and casing) is considered in the computational domain to obtain more realistic results on the flow physics and chemical reactions during combustion. As the swirling flow is 3D in nature, a full 3D grid is generated to address complex flow physics and turbulent-chemistry interactions. Afterward, the combustion of both gases is numerically simulated, and the combustion performance is evaluated based on the design objectives: combustion efficiency, pollutant CO and NOx emission, Merit Function, and temperature uniformity of the exhaust gases at the combustor exit (Pattern Factor). The effects of two design parameters, namely: swirl number and fuel injector radius, in achieving best performance in design objectives are examined. It was found that, typically, a combination of higher fuel injector radius (or lower fuel velocity) and higher swirl number (2.0 in current study) produces best performance in achieving the design objectives. The swirling flow should be dominant over the incoming fuel flow to facilitate better and finer mixing of air and fuel, which typically contributes to a better combustion efficiency, pattern factor, and low pollutant emission. It is important to point out that, the empirical swirl number (0.9), achieved through an empirical formulation, does not provide the best performance in any of the design objective for both gases. Lastly, the comparison of the combustion performances of both gases revealed that, despite possessing much lower methane and hence lower heating value (LHV), biogas of a specific composition demonstrates an equal combustion performance to natural gas, although at the expense of higher pollutant emission. Therefore, biogas can potentially be utilized as an alternative fuel in industrial gas turbine combustors and methods for reducing pollutant emission can be devised.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2020en_US
dc.subject.lcshGas-turbines -- Combustionen_US
dc.subject.lcshGas-turbines -- Fuelen_US
dc.subject.lcshBiogasen_US
dc.subject.lcshNatural gasen_US
dc.titleA comparative study of natural gas and biogas combustion in a swirling flow gas turbine combustoren_US
dc.typeMaster Thesisen_US
dc.description.identityt11100418313TariqMdRidwanurRahmanen_US
dc.description.identifierThesis : A comparative study of natural gas and biogas combustion in a swirling flow gas turbine combustor /by Tariq Md Ridwanur Rahmanen_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeMaster of Science in (Mechanical Engineering)en_US
dc.description.abstractarabicفي هذه الدراسة، تمت محاكاة الاحتراق غير الممزوج مسبقًا لوقود الغاز الطبيعي التقليدي، وللغاز الحيوي البديل ، في احتراق التوربينات الغازية المستقرة. تم تحليل نتائج الاحتراق ومقارنتها لتقييم جدوى وقود الغاز الحيوي البديل ، لاستخدامه في احتراق التوربينات الغازية الصناعية. تمت إجراء مراجعة كاملة وشاملة لكل الدراسات السابقة حول الموضوعات المتعلقة بالعمل الحالي. يتم محاكاة حالتين تجريبيتين معياريتين للتدفقات غير المتفاعلة والمتفاعلة المستقرة على شكل دوامة في صورة ثلاثية الأبعاد والتحقق من صحتها مقابل التجارب لتحديد النمذجة العددية والفيزيائية والاحتراق المناسبة لمثل هذه التدفقات المعقدة. تم تصميم جهاز احتراق التوربينات الغازية الدوامة لإجراء احتراق غير مخلوط مسبقًا للوقود ، باستخدام منهجية تصميم غرفة الاحتراق والمعادلات التجريبية المعروفة والمعترف بها. بالتحقيق في الدراسات السابقة الموجودة ، فإن التركيبات المناسبة ونسبة الهواء إلى الوقود المتكافئ للغازات تم تحديدها. على عكس أعمال الاحتراق الموجودة في الدراسات السابقة ، يتم اعتبار منطقة الحلقة الخارجية (بين البطانة والغلاف) في المجال الحسابي للحصول على نتائج أكثر واقعية في فيزياء التدفق والتفاعلات الكيميائية أثناء الاحتراق. نظرًا لأن التدفق الدوامي ثلاثي الأبعاد بطبيعته ، يتم إنشاء شبكة ثلاثية الأبعاد كاملة لمعالجة فيزياء التدفق المعقدة والتفاعلات الكيميائية المضطربة. بعد ذلك ، يتم محاكاة احتراق كلا الغازين عدديًا ، ويتم تقييم أداء الاحتراق بناءً على أهداف التصميم: كفاءة الاحتراق ، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين ، ووظيفة الاستحقاق ، وتوحيد درجة حرارة غازات العادم عند مخرج الاحتراق (عامل النمط) .يتم فحص تأثير اثنين من معاملات التصميم ، وهما: رقم الدوران ونصف قطر حاقن الوقود ، في تحقيق أفضل أداء في أهداف التصميم. وقد وجد أنه ، بشكل نموذجي ، مزيج من نصف قطر حاقن الوقود الأعلى (أو سرعة وقود أقل) ورقم دوامة أعلى (2.0 في الدراسة الحالية) ينتج أفضل أداء في تحقيق أهداف التصميم. يجب أن يكون التدفق الدوامي هو المسيطر على تدفق الوقود الوارد لتسهيل الخلط الأفضل والأكثر دقة بين الهواء والوقود ، والذي يساهم عادةً في كفاءة احتراق أفضل ، وعامل نمط أفضل ، وانبعاثات منخفضة للملوثات. من المهم الإشارة إلى أن رقم الدوامة التجريبية (0.9) ، الذي تم تحقيقه من خلال صياغة تجريبية، لا يوفر أفضل أداء في أي من أهداف التصميم لكلا الغازين. أخيرًا ، كشفت المقارنة بين أداء الاحتراق لكلا الغازين أنه على الرغم من احتوائه على كمية أقل بكثير من الميثان وبالتالي قيمة تسخين أقل (LHV)، فإن الغاز الحيوي لتركيبة معينة يوضح أداء احتراق متساوٍ للغاز الطبيعي ، على الرغم من احتوائه على انبعاثات ملوثة أعلى. لذلك ، يمكن استخدام الغاز الحيوي كوقود بديل في محارق التوربينات الغازية الصناعية ويمكن إبتكار طرق لتقليل انبعاث الملوثات.en_US
dc.description.callnumbert TJ 778 T187C 2020en_US
dc.description.notesThesis (MSME)--International Islamic University Malaysia, 2020.en_US
dc.description.physicaldescriptionxxvi, 164 leaves : illustrations ; 30cm.en_US
item.openairetypeMaster Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
t11100418313TariqMdRidwanurRahman_24.pdf24 pages file403.84 kBAdobe PDFView/Open
t11100418313TariqMdRidwanurRahman_SEC.pdf
  Restricted Access
Full text secured file9.97 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
Show simple item record

Page view(s)

90
checked on May 17, 2021

Download(s)

132
checked on May 17, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.