شبيه سازي عددي محفظه احتراق و آلايندگي توربين گاز V94.2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

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.

222904

تبديل انرژي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان