تحلیل تاثیر توزیع هوای متغیر بر جریان واکنشی محفظه احتراق مدل توربین گاز

هدف از مقاله حاضر بررسی اثر تغییر درصد دبی هوای توزیع شده از طریق چرخاننده، فواره های اولیه و فواره های رقیق سازی بر مشخصات جریان واکنشی و آلاینده های no و co در یک محفظه احتراق مدل توربین گاز است. برای حل معادلات حاکم از شبکه بندی منظم حجم محدود استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان به صورت ضمنی خطی سازی شده و به صورت مرتبه دو گسسته سازی شده اند. جملات نفوذی در معادلات انتقال با استفاده از روش گسسته سازی مرکزی و عبارات جابه جایی به صورت مرتبه دو بالادست گسسته شده اند. در شبیه‌سازی عددی جریان دوفاز واکنشی این محفظه احتراق، از مدل آشفتگی realizable، مدل احتراقی فلیملت پایا و مدل تشعشعی جهت های مجزا استفاده شده است. پاشش قطرات سوخت مایع و محیط دوفازی قطره و هوا توسط روش اویلرلاگرانژی مدل سازی شده است. پژوهش حاضر برای چهار حالت مختلف تزریق هوا انجام شده است که در حالت اول شرایط مرزی منطبق بر شرایط آزمایشگاهی بوده و پس از اعتبارسنجی نتایج حل عددی با داده های تجربی، حالت های بعدی بررسی شده اند. حاصل تحقیق حاضر، مقایسه توزیع سرعت، دما، درصد کسر جرمی دی‌اکسید کربن، منوکسید کربن و اکسید نیتروژن در مقطع خروجی، به همراه نحوه شکل گیری ساختار جریان در مقطع طولی محفظه احتراق، در چهار حالت تزریق هواست. نتایج نشان می دهند که توزیع هوای شرایط آزمایشگاهی به صورت بهینه نیست. در حالتی که دبی هوای بیشتری از فواره های اولیه به محفظه احتراق وارد شود، آلاینده no کمتری تولید می شود و توزیع دمای مقطع خروجی، از یکنواختی بیشتری برخوردار است. همچنین، در این حالت، فرآیند احتراق نسبت به شرایط آزمایشگاهی، کامل تر بوده و co2 بیشتری تولید می شود.

Analysis of Influence of Variable Airflow Distribution on Reactive Flow in a Gas Turbine Model Combustion Chamber

The objective of the present work is to investigate the influence of varying the percentage of distributed air flow rate via swirler, primary jets and dilution jets on reactive flow characteristics and NOX and CO emissions in a gas turbine model combustor. A Finite Volume staggered grid approach is employed to solve the governing equations that are linearized implicitly and also discretized by a second order method. The central difference discretization and secondorder upwind schemes are applied respectively for the space derivatives of the diffusion and the advection terms in all transport equations. In the numerical simulation of reactive twophase flow of this combustion chamber, the realizable kε turbulence model, steady flamelet combustion model and discrete ordinates radiation model have been used. The spray and atomization of liquid fuel droplet is modeled by an Eulerian–Lagrangian method. The present study is performed for four different cases of air injection and in the first case, boundary conditions are based on the laboratory conditions. After validation of the numerical results for the first case using experimental data, the subsequent cases are studied. Among the outcomes of the present work, the followings can be mentioned: comparison of velocity and temperature distributions, mass fraction percentage of the carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen oxide concentration at exit plane, as well as the formation method of flow structure in longitudinal crosssection of combustion chamber for the abovementioned four reactive flow cases. Results show that the air distribution of the first case in laboratory conditions is not optimal and in the case where the air flow rate is reduced from the beginning to the end of the combustion chamber, the mass fraction of carbon monoxide and nitrogen oxide are minimum and the amount of carbon dioxide is maximum.