توصيفگر ها :
محفظه احتراق , مدل سازي آشفتگي , اتلاف گردابه اي , اكسيدهاي نيتروژن
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پايان¬نامه محفظه احتراق تـوربين گـاز V94.2با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent شبيه¬سازي شده است. براي كاهش هزينه محاسباتي و زمان، يك هشتم از كل محفظه احتراق(يك قطاع 45 درجه) مدل¬سازي شده، و همچنين از گازوئيل به عنوان سوخت اصلي در اين پژوهش استفاده شده است. اين پايان¬نامه شامل دو بخش مي¬باشد. در بخش اول به شبيه¬سازي عددي اين محفظه پرداخته شده است، كه در آن براي آشفتگي از مدل دو معادله¬اي k-ε standardو براي انتقال حرارت تشعشعي از مدل P-1 استفاده شد. واكنش احتراقي با استفاده از مدل نرخ محدود عمومي و نرخ واكنش هم با استفاده از مدل اتلاف گردابه¬اي محاسبه شده است. با مقايسه دماي خروجي محفظه احتراق حاصل از شبيه¬سازي عددي و نتايج تجربي، تطابق خوبي بين اين دو نتيجه مشاهده شده است. خروجي¬هاي حل عددي در خصوص ميدان¬هاي دما، فشار، سرعت و كسر جرمي گونه¬هاي شيميايي قابل قبول بوده است. در ادامه نيز مدل¬هاي توربولانسي مختلفي كه عبارتند از: k-ε standard، k-ω براي مقايسه نتايج و تحليل مورد بررسي قرار گرفتند. كه در نهايت با مقايسه نتايج بدست آمده از حل عددي اين نتيجه حاصل شد كه براي چنين پژوهش¬هايي، مدل¬هاي دومعادله¬اي دقت بهتري نسبت به ساير مدل¬ها دارند و همچنين مدل k-ε نيز مناسب¬ترين گزينه براي مباحث احتراقي از بين مدل¬هاي توربولانسي در نظر گرفته شد. در ادامه با تغيير نوع سوخت محفظه احتراق اين نتيجه حاصل شد كه با سبك¬تر شدن سوخت( تعداد كربن كمتر)، بازده بيشتر شده و همچنين بيشينه دماي خروجي از محفظه احتراق كاهش پيدا مي¬كند كه در اثر اين كاهش دما، آلاينده NO هم در خروجي كاهش مي¬يابد. در بخش دوم اين پروژه به شبيه¬سازي اكسيدهاي نيتروژن خروجي از محفظه احتراق اين توربين گاز و همچنين بررسي عوامل موثر در تشكيل اين آلاينده¬ها از جمله تغيير دماي ورودي، تغيير دماي سوخت، تغيير آرايش سوراخ¬هاي ورودي هوا و تقسيم درصد هوا، اثر تغيير ميزان شدت توربولانسي هواي ورودي به محفظه و همچنين اثر هواي اضافي پرداخته شده است. در همه بررسي¬هاي گفته شده فوق، دماي خروجي از محفظه احتراق مورد توجه قرار گرفته شد. در نهايت اين نتايج حاصل شد كه با افزايش دماي هواي ورودي به محفظه، بيشينه دماي خروجي از محفظه كاهش يافت كه در اثر آن، كسر جرمي آلاينده NO هم مقدارش افت پيدا مي¬كند. همچنين با افزايش دماي سوخت ورودي به محفظه اين نتيجه حاصل شد كه مقدار نيتروژن اكسيد در خروجي محفظه كاهش مي¬يابد. با افزايش شدت توربولانسي هواي ورودي در اين پروژه، مقدار كسر جرمي آلاينده نيتروژن اكسيد در خروجي از محفظه احتراق كاهش پيدا كرده است. و در نهايت با اضافه نمودن 20درصد هوا به واكنش احتراق اين نتيجه حاصل شد كه ميزان NOx توليدي در محفظه احتراق افزايش پيدا كرده است. مي توان علت آن هم افزايش راديكال¬هاي اكسيژن مي¬باشد اما اين روند تا درصد معيني از هواي اضافي ادامه پيدا خواهد كرد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this thesis, the V94.2 gas turbine combustion chamber is simulated using Ansys Fluent software. To reduce computational cost and time, one eighth of the entire combustion chamber (a 45 degrees’ sector) is modeled, and diesel fuel is used as the main fuel in this thesis. This research consists of two parts. In the first part, the numerical simulation of this chamber is discussed, in which the standard k-ε two-equation model was used for turbulence and the P-1 model was used for radiation heat transfer. The combustion reaction has been calculated using the general limited rate model and the reaction rate has been calculated using the eddy loss model. By comparing the exit temperature of the combustion chamber obtained from the numerical simulation and the experimental results, a good agreement between these results was observed. The outputs of the numerical solution regarding the fields of temperature, pressure, velocity and mass fraction of chemical species have been acceptable. In the following, different turbulence models such as: k-ε standard, k-ω models were examined to compare the results and the analysis. Finally, by comparing the results obtained from the numerical solution, it was concluded that for these researches, binomial models have better accuracy than other models and also the k-ε model is the most suitable option for the combustion topics that was considered among the turbulence models. In the following, by changing the type of fuel in the combustion chamber, the result was obtained that as the fuel becomes lighter (less carbon number), the efficiency increases and also the maximum temperature of the output from the combustion chamber decreases, as a result of this decrease in temperature, NO pollutant also decreases in the output. In the second part of this project, the simulation of the nitrogen oxides coming out of the combustion chamber of this gas turbine and also the investigation of the effective factors in the formation of these pollutants, such as changing the inlet temperature, changing the fuel temperature, changing the arrangement of the air inlet holes and dividing the percentage of air , the effect of changing the turbulence intensity of the air entering the chamber and the effect of excess air have been discussed. In all the studies mentioned above, the exit temperature from the combustion chamber was taken into consideration. Finally, these results were obtained that with the increase in the temperature of the air entering the chamber, the maximum temperature of the exit from the chamber decreased, as a result of which the mass fraction of the NO pollutant also decreased. Also, by increasing the temperature of the fuel entering the chamber, the result was obtained that the amount of nitrogen oxide at the outlet of the chamber decreases. By increasing the intensity of the incoming air turbulence in this project, the mass fraction of the nitrogen oxide pollutant at the exit from the combustion chamber has decreased. And finally, by adding 20% of air to the combustion reaction, the result was that the amount of NOx produced in the combustion chamber has increased; The reason is the increase of oxygen radicals, but this process will continue until a certain percentage of excess air.
