تحليل پاشش سوخت مايع در يك محفظه احتراق مدل توربين گاز هوايي با رويكرد كاهش آلاينده NOx

هدف از رساله حاضر تحليل مشخصه هاي پاشش سوخت مايع در جريان واكنشي درون محفظه احتراق مدل توربين گاز هوايي با هدف كاهش آلاينده NOx مي باشد. براي مطالعه پاشش سوخت مايع و شناسايي پديده‌هايي نظير توزيع، شكست و تبخير قطرات از نگرش اويلر- لاگرانژي استفاده شده است. در ابتدا جهت تحليل پديده پاشش قطرات سوخت مايع به بررسي جريان پاششي غيرواكنشي پرداخته شده است. نتايج مبين اين است كه در تحليل عددي حاضر دو پديده برخورد و شكست ثانويه قطرات روي نمي دهند و در نظر گرفتن محاسبات آنها تاثيري بر توزيع قطر و سرعت قطرات ندارد و صرفاً سبب افزايش هزينه هاي محاسباتي مي‌گردد. با اين¬حال، اتصال بين دو فاز گاز و قطرات بايد از نوع دوطرفه باشد و حضور قطرات بر جريان فاز گاز تاثيرگذار است. نتايج نشان مي دهد كه تغيير شرايط هواي ورودي سبب تغيير اساسي در توزيع مشخصه هاي ديناميكي قطرات مي گردد. براي تحليل مشخصه‌هاي جريان واكنشي پاششي، از رهيافت هاي آشفتگي متوسط‌گيري رينولدز ناوير استوكس (RANS)، شبيه سازي گردابه هاي بزرگ (LES) و شبيه سازي گردابه‌هاي جدا شده (DES)، مدل انتقال حرارت تشعشعي جهات مجزاء و مدل هاي احتراقي اضمحلال گردابه، غير پيش مخلوط تعادلي و فليملت به همراه سه مكانيزم مختلف واكنش شيميايي سوخت كروسين استفاده شده است. مدل‌سازي NOx به صورت پس‌پردازش توسط مدل‌ نرخ محدود انجام شده است. نتايج حاكي از اين است كه بهترين خروجي ها از به كارگيري مدل احتراقي فليملت، مكانيزم سوخت 26 واكنشي و با رهيافت آشفتگي LES حاصل مي گردند. مدل احتراقي فليملت به دليل در نظر گرفتن اثرات غيرتعادلي واكنشي و مكانيزم انتخابي به واسطه تعداد گام واكنشي، گونه احتراقي و انرژي فعال سازي واكنشي متفاوت با ديگر مكانيزم ها، توزيع دما، سرعت و غلظت دقيقتري را پيش بيني مي نمايد. رهيافت هاي LES و DES علاوه بر كيفيت و دقت بيشتر در پيش‌بيني توزيع سرعت، دما و غلظت متوسط گونه هاي احتراقي، از نظر كميت و تنوع نتايج (نظير آشكارسازي ساختارهاي منسجم جريان، نوسانات سرعت، دما و غيره) نيز نسبت به رهيافت RANS برتري دارند. با اين¬حال، به دليل هزينه محاسباتي بالاي رهيافت هاي LES و DES و قابل قبول بودن نتايج رهيافت RANS، جهت مطالعه‏ ي پارامتر‎هاي متعدد در شرايط مختلف، از رهيافت RANS و مدل آشفتگي Realizable k-ε استفاده شده است. در ادامه، به ‏منظور تحليل پاشش سوخت مايع و ميزان آلاينده توليدي NOx، پاشش سوخت مايع در شرايط مختلف پاشش و هواي ورودي مطالعه شده است. به‌طوري‏كه اثر هر يك از اين پارامتر‏هاي متغير سوخت و هواي ورودي بر دما، قطر قطرات، ميزان آلاينده NOx و غيره ارزيابي شده است. واژه‌هاي كليدي: محفظه احتراق مدل توربين گاز، پاشش سوخت مايع، جريان پاششي واكنشي، آلاينده NOx

191623

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر فرزاد بازديدي طهراني