Measuring laminar flame speed of methane-air mixtures with McKenna burner

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorBhattacharya, Atmadeep
dc.contributor.advisorKankkunen, Ari
dc.contributor.authorTammela, Lotta
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorKaario, Ossi
dc.date.accessioned2024-08-25T17:07:45Z
dc.date.available2024-08-25T17:07:45Z
dc.date.issued2024-08-19
dc.description.abstractTo understand combustion, it is important to know its parameters. One of these intrinsic attributes of flame is the laminar flame speed. For quantifying these measures, a McKenna burner was utilized. Firstly, the objective of this thesis was to measure the laminar flame speed of different methane-air mixtures with the burner as accurately and reliably as possible. Secondly, the methane-air mixture was diluted with nitrogen and carbon dioxide to see how it affects the flame speed. Thirdly, structure of the flame was imaged and analysed with chemiluminescence and OH* filtering using a low-speed camera to see effects of different mixture compositions to the flame. Lastly, validation of the results was done by comparing them to literature and utilizing simulation software Cantera with FFCM-1 mechanism consisting of 38 species and 291 reactions. Results showed that the McKenna set-up used in this thesis provided rather promising results when comparing to both literature data and simulations. Laminar flame speed of stoichiometric methane-air mixture was 32.9 ± 0.4 cm/s, which proved to be 12% less than the average found in literature. In comparison to numerical simulations, this result was very accurate with only 0.9% deviation. The laminar flame speed measurements were executed with 5%, 10%, and 15% nitrogen and 1%, 2.5%, and 5% carbon dioxide dilution ratios, which gave results with 6% and 8% deviation to simulations, respectively. Based on these results the McKenna burner was able to produce results which were within the numerical predictions’ uncertainty range. Based on these results it was possible to investigate the set-up used in the experiments and its limitations and reliability. The experimental results showed some variance, for which a brief error analysis was performed, and improvement suggestions were presented.en
dc.description.abstractPalamisessa erilaisten parametrien ymmärtäminen on erittäin tärkeää. Eräs tällainen ominaisuus on laminaarinen liekinnopeus, jota mitattiin tässä työssä McKenna-polttimella. Työn ensimmäinen tavoite oli mitata erilaisten metaani-ilma-seosten laminaarista liekinnopeutta polttimella niin tarkasti ja luotettavasti kuin mahdollista. Toisena tavoitteena oli tutkia, kuinka metaani-ilma-seoksen laimentaminen typellä sekä hiilidioksidilla vaikuttaa liekinnopeuteen. Kolmantena tavoitteena oli liekin rakenteen analysointi ja kuvantaminen kemiluminesenssin ja OH*-radikaalien suodattamisen avulla. Näin oli mahdollista tutkia erilaisten seoskoostumusten vaikutusta liekin rakenteeseen ja palamisnopeuteen. Viimeisenä tavoitteena oli validoida kokeellisia tuloksia vertailemalla niitä aiempaan tutkimustietoon sekä simulaatioihin, jotka suoritettiin Cantera-ohjelmistolla hyödyntäen FFCM-1-mekanismia, jossa oli 38 yhdistettä ja 291 reaktiota. Tulokset osoittivat tässä työssä käytetyn McKenna-polttimen tuottavan melko lupaavia tuloksia verrattuna aiempaan tutkimusdataan ja simulointeihin. Laminaarinen liekinnopeus stoikiometriselle metaani-ilma-seokselle oli 32,9 ± 0,4 cm/s, joka oli 12 % vähemmän kuin kirjallisuudesta löydetty keskiarvo. Simulointeihin verrattuna tämä ero oli vain noin 0,9 %. Seosta laimentaessa typellä liekinnopeusmittaukset tehtiin 5 %:n, 10 %:n ja 15 %:n laimennussuhteilla ja hiilidioksidilla suhde oli 1 %, 2.5 % ja 5 %. Typellä laimennettaessa liekinnopeus oli noin 6 % simulaatiota korkeampi ja hiilidioksidilla 8 % korkeampi. Näiden tulosten perusteella McKenna-poltin pystyy tuottamaan tuloksia, jotka ovat numeeristen simulointien epävarmuuden rajoissa. Tulosten pohjalta oli mahdollista tutkia työssä käytettyä laitteistoa sekä sen rajoitteita ja luotettavuutta. Kokeelliset tulokset osoittivat jonkin verran vaihtelua, mitä käsiteltiin lyhyen virheanalyysin avulla. Tämän pohjalta oli mahdollista esittää parannusehdotuksia laitteistoon sekä tarjota mahdollisuuksia tulevia tutkimuksia varten.fi
dc.format.extent64+8
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/130121
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202408255682
dc.language.isoenen
dc.programmeMaster's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)fi
dc.programme.majorSustainable Energy Conversion Processes
dc.programme.mcodeENG3069
dc.subject.keywordMcKenna burneren
dc.subject.keywordlaminar flame speeden
dc.subject.keywordmethaneen
dc.subject.keyworddilutionen
dc.subject.keywordchemiluminescence imagingen
dc.titleMeasuring laminar flame speed of methane-air mixtures with McKenna burneren
dc.titleLaminaarisen liekinnopeuden mittaaminen metaani-ilma-seoksille McKenna-polttimellafi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Tammela_Lotta_2024.pdf
Size:
4.02 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG