تحليل تاثير پاشش سوخت بر كاهش آلاينده NOx در محفظه احتراق مدل توربين گاز (كاربرد در صنعت نفت و گاز)

توربين هاي گاز در صنعت نفت و گاز از اهميت قابل ‌توجهي برخوردار هستند و جهت راه اندازي پمپ ها و كمپرسورهاي خطوط انتقال استفاده مي‌شوند. در دهه ‏هاي اخير استانداردهاي سخت گيرانه تري براي كنترل آلاينده‏هاي توربين‌هاي گاز وضع ‌شده است. هدف از پايان‏نامه حاضر، بررسي مشخصه هاي پاشش سوخت مايع در جريان واكنشي درون محفظه احتراق توربين گاز، به‌منظور كاهش آلاينده NOx مي باشد. در مطالعه محفظه احتراق سوخت مايع توربين گاز، مفاهيم پيچيده اي اعم از جريان واكنشي، پاشش، جريان آشفته، جريان چند فاز، انتقال حرارت هاي جابجايي و تشعشع به همراه برهم كنش هر يك با ديگري وجود دارند. با توجه به تعدد پديده هاي حاكم و مدل سازي هم‌زمان آن‌ها جهت در نظر گرفتن برهمكنش بين اين پديده ها، يافتن ابزار عددي متناسب با فيزيك مسئله و تجهيزات سخت افزاري موجود بسيار حائز اهميت مي‏باشد. بدين منظور براي مدل سازي فيزيك جريان آشفته، مدل‏هاي Realizable k-ε، LES و DES استفاده شده است. جهت مدل سازي برهم كنش جريان واكنشي و آشفته نيز مدل هاي PDF و Flamelet مورد استفاده قرار گرفته است. براي مطالعه پاشش سوخت مايع و شناسايي پديده هايي نظير توزيع، شكست و تبخير قطرات از مدل اولر- لاگرانژي استفاده شده است. مدل سازي تشعشع با استفاده از مدل جهات مجزا صورت گرفته است و مدل سازي NOx در پايان حل عددي جريان و احتراق، به‌صورت مجزا و توسط مدل βPDF انجام شده است. در ابتدا جهت بررسي نحوه شكل گيري جريان، اقدام به مدل‌سازي جريان واكنشي با رهيافت‏هاي آشفتگي مختلف و مقايسه نتايج آن‏ها با داده هاي آزمايشگاهي شده است. طي اين مقايسه نشان داده شده است كه رهيافت آشفتگي LES در مقايسه با رهيافت RANS، از نظر كميت و كيفيت نتايج برتري دارد، ولي به دليل اختلاف هزينه محاسباتي سرسام‏آور ميان اين دو رهيافت كه بيش از دو هزار ساعت مي‏باشد، استفاده از رهيافت LES براي مطالعه‏ي پارامتر‎هاي متعدد در مدل‏سازي‏هاي احتراقي ميسر نمي‏باشد. سپس نحوه مدل‏سازي احتراق همراه با رهيافت آشفتگي RANS از دو منظر، ابتدا فليملت و سپس مكانيزم شيميايي مورد استفاده در واكنش‏هاي احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. به‏ اين ترتيب اثر نحوه‏ي ساخت فليملت و نوع مكانيزم شيميايي بر مشخصه ‏هاي جريان پاششي واكنشي نشان داده شده است. در ادامه با استفاده از رهيافت RANS و به ‏منظور بررسي تأثير پاشش بر ميزان آلاينده NOx، پاشش سوخت مايع درون محفظه احتراق مدل توربين گاز با سرعت‏ها و زاويه‏هاي متفاوت مدل‏سازي شده است، به‌طوري‏كه اثر هر يك از اين پارامتر‏ها بر دما و قطر قطره‏ها و ميزان آلاينده NOx مشاهده گرديده است.

189617

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر فرزاد بازديدي طهراني