بررسی اثر فشار بر عملکرد محفظه احتراق موتورهای توربینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

با توجه به پیچیدگی فرایندهای حاکم بر جریان در توربین گاز، انجام آزمون‌های تجربی برای اطمینان از عملکرد آن الزامی است امّا ایجاد شرایط حاکم بر اجزا در شرایط عملکردی بسیار پیچیده است. اکثر آزمون‌های محفظه احتراق در شرایط جوی انجام و سپس نتایج به شرایط عملکردی تعمیم داده می‌شوند. این کار در کنار کمبود تست‌اِستندهای دارای شرایط عملکردی واقعی، بر این اساس توسعه یافته است که اغلب فرایندهای حاکم بر رفتار محفظه با تغییر فشار عملکردی دستخوش تغییر قابل توجهی نبوده و به‌ویژه اگر شکل شعله تغییر نکند، می‌توان در فشار پایین نیز رفتار محفظه را مطالعه نمود. در تحقیق حاضر این موضوع به صورت عددی برای یک محفظه احتراق واقعی مورد بررسی قرار گرفته و مشاهده شده است که مشخصه‌های شعله تغییر چندانی با افزایش فشار ندارند. همچنین آلاینده‌ NOx در فشارهای بالاتر افزایش می‌یابد. ساختارهای کلی جریان تحت تاثیر افزایش فشار قرار نگرفت امّا میزان افت فشار افزایش یافت. نتایج حاضر نشان می­دهد در محفظه احتراق مورد نظر، آزمون جوی می‌تواند نتایج قابل قبول و تعمیم به شرایط پرفشار ارائه کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Boyce MP. Gas turbine engineering handbook. Elsevier; 2011 Nov 23.
[2] KHODABANDEH A. CFD modelling of generic gas turbine combustor.
[3] Vilag V, Vilag J, Carlanescu R, Mangra A, Florean F. CFD application for gas turbine combustion simulations. Computational Fluid Dynamics Simulations. 2019 Oct 22.
[4] Çengel YA. Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer, McGraw-Hill. New York. 2008.
[5] James A. Gas Turbine Combustion Chamber.
[6] Arthur HL, Dilip RB. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. CRC Press, Boca Raton, London, New York. 2010.
[7] Martelli F, Riccio G, Benelli G, Cecchini D, Carrai L. Scaling from atmospheric pressure rig to full-scale pressure for the emission measurements from a gas turbine combustor. InTurbo Expo: Power for Land, Sea, and Air 2001 Jun 4 (Vol. 78514, p. V002T02A037). American Society of Mechanical Engineers.
[8] Bhargava A, Kendrick DW, Colket MB, Sowa WA, Casleton KH, Maloney DJ. Pressure effect on NOx and CO emissions in industrial gas turbines. InTurbo Expo: Power for Land, Sea, and Air 2000 May 8 (Vol. 78552, p. V002T02A017). American Society of Mechanical Engineers.
[9] Bulysova LA, Vasil’ev VD, Berne AL, Gutnik MM, Gutnik MN. Effect of Pressure on NO x Emissions and Combustion Stability in the GT-110 Low-Emission Combustion Chamber 1. Power Technology and Engineering. 2017 Mar;50:620-4.
[10] Nguyen TH, Park J, Sin C, Jung S, Kim S. Numerical Investigation of the Pressure Effect on the NO x Formation in a Lean-Premixed Gas Turbine Combustor. Energy & Fuels. 2021 Mar 25;35(8):6776-84.
[11] Hassan MI, Aung KT, Faeth GM. Measured and predicted properties of laminar premixed methane/air flames at various pressures. Combustion and flame. 1998 Dec 1;115(4):539-50.
[12] Griebel P, Scha¨ ren R, Siewert P, Bombach R, Inauen A, Kreutner W. Flow field and structure of turbulent high-pressure premixed methane/air flames. InTurbo Expo: Power for Land, Sea, and Air 2003 Jan 1 (Vol. 36851, pp. 301-310).
[13] Soika A, Dinkelacker F, Leipertz A. Pressure influence on the flame front curvature of turbulent premixed flames: comparison between experiment and theory. Combustion and flame. 2003 Feb 1;132(3):451-62.
[14] Cui Y, Xu G, Yu B, Nie C, Huang W. The effects of pressure on gas turbine combustor performance: an investigation via numerical simulation. InTurbo Expo: Power for Land, Sea, and Air 2006 Jan 1 (Vol. 42363, pp. 533-540).
[15] Ibrahim TK, Rahman MM. Effect of compression ratio on performance of combined cycle gas turbine. International journal of energy engineering. 2012 Aug;2(1):9-14.
[16] Goswami M, Coumans K, Bastiaans RJ, Konnov AA, De Goey LP. Numerical simulations of flat laminar premixed methane-air flames at elevated pressure. Combustion Science and Technology. 2014 Nov 2;186(10-11):1447-59.
[17] Ratzke A, Schöffler T, Kuppa K, Dinkelacker F. Validation of turbulent flame speed models for methane–air-mixtures at high pressure gas engine conditions. Combustion and Flame. 2015 Jul 1;162(7):2778-87.
[18] Wang X, Jin T, Xie Y, Luo KH. Pressure effects on flame structures and chemical pathways for lean premixed turbulent H2/air flames: Three-dimensional DNS studies. Fuel. 2018 Mar 1;215:320-9.
[19] Sakhrieh A. The adiabatic flame temperature and laminar flame speed of methane premixed flames at varying pressures. Acta Periodica Technologica. 2019(50):220-7.
[20] Mei B, Ma S, Zhang Y, Zhang X, Li W, Li Y. Exploration on laminar flame propagation of ammonia and syngas mixtures up to 10 atm. Combustion and Flame. 2020 Oct 1;220:368-77.
[21] Abou-Taouk A, Sadasivuni S, Lörstad D, Eriksson LE. Evaluation of global mechanisms for LES analysis of SGT-100 DLE combustion system. InTurbo Expo: Power for Land, Sea, and Air 2013 Jun 3 (Vol. 55119, p. V01BT04A036). American Society of Mechanical Engineers.
[22] Ren T, Modest MF, Roy S. Monte carlo simulation for radiative transfer in a high-pressure industrial gas turbine combustion chamber. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2018 May 1;140(5):051503.
[23] Ansys I. Modeling turbulent flows-introductory fluent training. URL http://www. southampton. ac. uk/~ nwb/lectures/GoodPracticeCFD/Articles/Turbulence_Notes_Fluent-v6. 2006;3.
[24] Ianni JC. A comparison of the Bader-Deuflhard and the Cash-Karp Runge-Kutta integrators for the GRI-MECH 3.0 model based on the chemical kinetics code Kintecus. InComputational fluid and solid mechanics 2003 2003 Jan 1 (pp. 1368-1372). Elsevier Science Ltd.
[25] Ansys Inc, Governing Equations of Fluid Dynamics, in, 2022 https://courses.ansys.com/index.php/courses/governing-equations-of-fluid-dynamics/.
[26] Yan Y, Liu Y, Huang L, Li J. Effects of inlet parameters on combustion performance in gas turbine combustor. International Journal of Turbo & Jet-Engines. 2018 Dec 19;35(4):339-50.
[27] Kumar P, Kishan PA, Dhar A. Numerical investigation of pressure and temperature influence on flame speed in CH4H2 premixed combustion. International Journal of Hydrogen Energy. 2016 Jun 15;41(22):9644-52.