Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
201933		A nonintrusive diagnostics technique for flame soot based on near-infrared emission spectrometry / Alev isi için yakın-kızılötesi ışıma spektrometrisine dayalı girişimsiz tanılama yöntemi Yazar:IŞIL AYRANCI KILINÇ Danışman: PROF. DR. NEVİN SELÇUK ; DR. RODOLPHE VAİLLON ; PROF. DR. JEAN FRANÇOİS SACADURA Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı Konu:Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering Dizin:Elektromanyetik saçılma = Electromagnetic scattering ; Kurum = Soot ; Spektrometri = Spectrometry ; Tomografi = Tomography ; Yanma = Combustion	Onaylandı Doktora İngilizce 2007 219 s.
Alev içinde oluşan is taneciklerine ilişkin kırılma indisi, sıcaklık dağılımı ve hacim oranıgibi özelliklerin yerinde saptanması için yakın-kızılötesi ışıma spektrometrisine dayananyeni bir girişimsiz is tanılama yöntemi geliştirilmiş, doğrulanmış ve uygulanmıştır. Üç temelkısımdan oluşan araştırmanın birinci bölümü is içeren eksenel simetrik alevlerde görüş hattıboyunca yayılan ışınım şiddetinin benzetimine ayrılmıştır. Işınım aktarımı, isin ışınımözellikleri ve optik sabitlerinin hesaplanması için geliştirilen yan modeller birleştirilerekkapsamlı bir ?düz? model oluşturulmuştur. Alevde agregalar halinde bulunan istaneciklerinin ışınım özelliklerinin tahmini için iki yöntem ele alınmıştır. Hesaplananışınımsal özelliklerin mikrodalga ölçümleriyle karşılaştırılması sonucu doğrulanan ayrıkçiftucay yaklaşımı referans alınarak daha sade bir tahmin yolu olan fraktal agregalar içinRayleigh-Debye-Gans yaklaşımının (RDG-FA) amaca uygunluğu değerlendirilmiştir. İsbenzeri model agregalar için bu iki yöntemle elde edilen ışınımsal özelliklerinkarşılaştırılması sonucunda RDG-FA yönteminin küçük ölçekli alevlerde rastlanan, nispetendaha ufak is taneleri için kabul edilebilir doğrulukta sonuçlar verdiği belirlenmiştir.viiiÇalışmanın ikinci kısmında bir eksenel simetrik etilen/hava difüzyon alevinin Fourierdönüşümü yakın-kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile deneysel olarak incelenmesi elealınmıştır. Görüş hattı ışıma şiddeti tayf ölçümü ve kalibrasyonu gerçekleştirilmiş, deneydekigürültü miktarı ve belirsizlik düzeyi incelenmiş, ölçümlerin tekrarlanabilirliği sınanmıştır.Spektral gürültüye nazaran daha baskın etkisi olduğu belirlenen konumsal dalgalanmalarınnicelik tayini için yeni bir gürültü tanımlama yöntemi önerilmiştir.Araştırmanın son bölümü ölçülen değerlerden alev isine ilişkin özelliklerin elde edilmesi içinbir ?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 hacimoranı dağılımlarının tomografik geriçatımla elde edilmesi esasına dayanan bir ters algoritmasunulmuştur. Deney simülasyonları ve ölçülmüş ışınım tayfları kullanılarak yapılandoğrulama ve uygulama çalışmalarında elde edilen olumlu sonuçlar, önerilen yöntemin alevisi karakterizasyonu için gelecek vaat eden bir seçenek olduğunu göstermişir.Anahtar Kelimeler: Yanma tanılaması, ışınımsal özellikler, tomografi, difüzyon alevi, isagregaları
A novel nonintrusive soot diagnostics methodology was developed, validated and applied forin-situ determination of temperature, volume fraction and refractive index of soot aggregatesformed inside flames by using near-infrared emission spectrometry. Research was conductedin three main parts, first one addressing development and validation of a comprehensive?direct? model for simulation of line-of-sight radiative emission from axisymmetric sootyflames by coupling sub-models for radiative transfer, radiative properties and opticalconstants. Radiative property estimation for soot agglomerates was investigated byexperimentally validating discrete dipole approximation against microwave measurementsand using it as reference to assess applicability of simpler Rayleigh-Debye-Gansapproximation for fractal aggregates (RDG-FA). Comparisons between predictions of twomethods for soot-like model aggregates demonstrated that radiative property predictions ofRDG-FA are acceptably accurate for relatively small soot aggregates encountered in smallscaleflames.viPart two concerns experimental investigation of an axisymmetric ethylene/air diffusionflame by Fourier Transform Near-Infrared spectroscopy. Measurement of line-of-sightemission intensity spectra was performed along with analyses on calibration, noise,uncertainty and reproducibility. A noise characterization approach was introduced to accountfor spatial fluctuations which were found to dominate over spectral noise.Final part focuses on development, evaluation and application of an inversion methodologythat inputs spectral emission intensity measurements from optically thin flames, removesnoise, identifies soot refractive index from spectral gradients and retrieves soot temperatureand volume fraction fields by tomographic reconstruction. Validation with simulated dataand favorable application to measurements indicate that proposed methodology is apromising option for nonintrusive soot diagnostics in flames.Keywords: Combustion diagnostics, radiative property, tomography, diffusion flame, sootaggregates