شبیه‌سازی عددی اثر نسبت سوخت به هوا در کاهش آلاینده‌‌ no در یک محفظه احتراق توربین گاز با مشعل دو پیچشی

هدف از این پژوهش بررسی تاثیر نسبت سوخت به هوا بر روی مشخصات جریان و آلاینده‌ها درون یک محفظه احتراق دوپیچشی با هندسه مدل است. هوا در این محفظه احتراق به‌صورت معکوس از درون لوله شعله می‌گذرد. در این پژوهش با تعریف شرایط مرزی و تولید شبکه کافی شبیه‌سازی احتراق با استفاده از مدل استاندارد k – ɛ برای سوخت متان انجام شده است. شبیه‌سازی‌ها در چهار نسبت هم‌ارزی مختلف که تمامی آن‌ها برای فاز رقیق از سوخت اند، انجام‌گرفته است. فیزیک جریان درون محفظه نشان داد که در نسبت هم‌ارزی‌های بالاتر از 1، دبی ورودی هوا برای حفظ برای ایجاد جریان بازگشتی و پایداری شعله کافی نیست. با بررسی گردابه و میزان قدرت هر جریان بازگشتی درون محفظه، نتایج نشان می‌دهد که کاهش نسبت هم‌ارزی باعث افزایش شدت گردابه موجود در محفظه می‌شود. در بحث دمای شعله، مشخص شد که کاهش نسبت هم‌ارزی نه‌تنها باعث کاهش بیشینه دمای شعله می‌شود، بلکه می‌تواند طول شعله را تا حدودی کاهش دهد. درنهایت، با مطالعه تغییرات nox در طول محفظه، این نتیجه حاصل شد که رفتار تولید no بسیار به دمای سیال بستگی و نتیجه حاصل از آن تاثیر مثبت و چشم‌گیر کاهش نسبت هم‌ارزی بر روی کاهش تولید آلاینده no احتراق است.

Numerical simulation of the effect of the air-fuel ratio on NO emission reduction in a gas turbine combustor with a double swirler

The purpose of this study is investigating the effect of fuel to air ratio on the flow characteristics and NO emission in a model double swirler combustion chamber. The air in this combustion chamber passes inversely through the liner. In this research, by defining the boundary conditions and producing adequate mesh, and using standard KƐ model for methane fuel, combustion simulations have been performed. The simulations are performed in four different equivalence ratios, all of which are for the dilute phase of the fuel. The physics of the flow inside the chamber showed that in the higher equivalence ratios than 1, the mass flow air in entrance is not enough to keep the vortex breakdown and the stability of the flame, and thus prevents the formation of flame. By examining the vorticity and the amount of power of each vortex breakdown inside the chamber, the results showed that reducing the equivalence ratio increases the intensity of the vortex. It was found that reducing the equivalence ratio not only reduces the maximum flame temperature, but can also reduce the flame length to some extent. Finally, it was concluded that the NO production behavior is highly depend on the fluid temperature and its change graph is very similar to the temperature change diagram in the chamber, which results in a significant positive effect of decreasing the equivalence ratio on reduce the production of combustion emissions.