اختلاط هوا و سوخت در یک محفظه احتراق گردابه دربند با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ کوپل شده با تابع توزیع جرمی فیلترشده مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش اثر نسبت طول به عمق حفره (L/D) به عنوان یک پارامتر هندسی تأثیرگذار بر کیفیت اختلاط هوا و سوخت در جریان غیراحتراقی مورد ارزیابی قرار می گیرد. ساختار گردابه ای در داخل حفره به همراه معیارهای کمّی مختلف همانند نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک، توزیع کلی سوخت و منحنی های اختلاط به منظور بررسی نحوه تغییرات کیفیت اختلاط مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش نسبت طول به عمق حفره از 60/0 به 85/0 به دلیل افزایش حجم گردابه اصلی، کیفیت اختلاط در داخل حفره افزایش می یابد. با افزایش بیشتر این نسبت تا نزدیکی 93/0 کیفیت اختلاط در داخل حفره افتی موقتی را تجربه می کند و سپس در نزدیکی 00/1 روند بهبود کیفیت از سر گرفته می شود. اما بهترین بازدهی اختلاط در همان نسبت طول به عمق حفره 85/0 رخ می دهد، به طوری که این نسبت دارای بیشترین تمرکز جرم سوخت در محدوده نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک است. یافته ها با شواهد و قرائن برخاسته از ساختار گردابه ای جریان در داخل حفره هم خوانی دارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

محفظه احتراق گردابه ای نسل جدید محفظه موتورهای سوخت مایع است که در آن با چیدمان متفاوت انژکتورها، یک جریان گردابه ای درون محفظه احتراق ایجاد می کنند. این گردابه کمک زیادی به خنک کاری و افزایش میزان اختلاط مولفه های پیشرانه در محفظه احتراق می کند و می توان در یک محفظه با حجم کوچک، احتراقی کامل ایجاد نمود. در این نوع محفظه ها چند نوع انژکتور در نقاط مختلف مورد استفاده قرار می گیرد که شامل انژکتورهای گریز از مرکز، جریانی و گردابه ای (مماسی) می باشند. در پژوهش حاضر، طراحی و آزمون تجربی این انژکتورها جهت بررسی تاثیر پارامترهای هندسی آنها بر مشخصه های هیدرودینامیکی با استفاده از سیال عامل آب انجام شده است. نحوه تشکیل اسپری، اندازه گیری دبی، افت فشار و زاویه پاشش انژکتور از جمله مشخصه های هیدرودینامیکی است که بررسی شده اند. نتایج حاکی از تطابق قابل قبول پیش بینی های طراحی و عملکرد انژکتورهاست. بر این اساس، ضمن انتخاب انژکتورهای گریز از مرکز و جریانی پاشنده سوخت و اکسیدکننده به محفظه، نشان داده شده است که افزایش تعداد انژکتورهای مماسی گردابه ای تا شش عدد، یکنواختی بیشتری در جریان بالارونده از محفظه گردابه ای ایجاد می کند، اما زاویه ورودی آنها تا 5 درجه تاثیر چندانی بر بالاروندگی ندارد.

هدف اصلی مقاله حاضر، پیش بینی آلاینده CO در یک محفظه احتراق توربین گاز زمینی 25 مگاواتی است. محفظه احتراق این توربین گاز، متشکل از 18 مشعل EV نسل دوم می باشد. برای نیل به هدف فوق، در مقاله حاضر، از مدل دو معادله k-e برای مدل سازی میدان جریان آشفته استفاده شده است. همچنین میدان احتراقی آشفته با استفاده از مدل احتراقی نرخ محدود اضمحلال ادی به کمک یک واکنش کلی دومرحله ای شبیه سازی شده است. با توجه به تحقیقات اولیه، واکنش شیمیایی کلی دومرحله ای توانایی پیش بینی آلاینده CO را ندارد. برای رفع این نقص، در مطالعه حاضر، واکنش شیمیایی به گونه ای بهینه شده است تا بتواند آلاینده CO را در محفظه احتراق به خوبی پیش بینی کند. بهینه سازی های مذکور بر روی توان ترم دما در نرخ واکنش ها انجام شده است. نتایج این بهینه سازی ها نشان می دهد که مکانیزم بهینه سازی شده می تواند آلاینده CO را با دقت مناسب در شرایط کاری مختلف توربین گاز مزبور پیش بینی نماید. بررسی های حاضر نشان می دهد که تغییرات ایجادشده در واکنش دومرحله ای تاثیری در محل پایداری و شکل شعله در داخل محفظه ندارد و تنها اثر این مکانیزم تصحیح پیش بینی آلاینده CO است.

مطالعه حاضر به تخمین آلاینده های NOx در محفظه احتراق یک موتور توربین گاز صنعتی با استفاده از رویکرد مدل سازی شبکه رآکتور می پردازد. تولید شبکه رآکتور بر مبنای توزیع زمانی- مکانی کسر مخلوط در بالادست جبهه شعله و زمان اقامت جریان در حجم شعله انجام گردیده است. بدین منظور، شبیه سازی گردابه های بزرگ برای ارزیابی توزیع کسر مخلوط در بالادست جبهه شعله مورد استفاده قرار گرفته و زمان اقامت با استفاده از مدل سازی RANS محاسبه شده است. علاوه بر این، موقعیت جبهه شعله و حجم شعله با استفاده از شبیه سازی RANS و نیز با استفاده از نرم افزار ENERGICO تعیین شده است. نتایج محاسبات با استفاده از اطلاعات تجربی موتور صحه گذاری شده و دقت بالای رویکرد پیشنهادی در تخمین میزان آلاینده های NOx در محفظه مورد مطالعه را تایید کرده است. مطالعات پارامتریک مختلفی برای ارزیابی آثار ترکیب سوخت، سینتیک شیمیایی، موقعیت شعله، و رژیم احتراقی بر مسیرهای تولید NOx نیز انجام شده است. نتایج مطالعات نشان داده است که موقعیت شعله و ترکیب سوخت بیشترین تاثیر را بر میزان تولید NOx دارند. با استفاده از این رویکرد، محفظه مورد بحث از نظر آلاینده های NOx ارتقا یافته و این آلاینده از سطح 25 ppmvd به 15 ppmvd کاهش داده شده اند.

در این مقاله، به طراحی و ساخت آزمونگر محفظه احتراق توربین گاز و آزمایش محفظه نمونه در شرایط اتمسفریک پرداخته شده است. از این آزمونگر می توان به منظور بررسی اثر تغییرات هندسی بر روی عملکرد محفظه احتراق، استخراج نقشه اشتعال پذیری و پایداری، بررسی ترکیب گازهای خروجی، توزیع دمای گازهای خروجی و دمای جداره محفظه استفاده کرد. آزمونگر ساخته شده، قادر به آزمایش محفظه احتراق تا حداکثر دبی هوا 800 مترمکعب بر ساعت بوده و قابلیت پیش گرم کردن هوای ورودی به محفظه تا حداکثر دمای 1000 کلوین را دارد. این آزمونگر قادر به انجام آزمایش با انواع سوخت های مایع، گاز طبیعی و LPG است. یک قطاع تک انژکتوره محفظه احتراق حلقوی در مقطع آزمون نصب شده است. محفظه در شرایط اتمسفریک و دبی هوا و دبی سوخت مختلف آزمایش شده است. نتایج بیانگر آن است که دمای گازهای خروجی از محفظه احتراق به صورت غیرخطی با افزایش نسبت سوخت به هوا افزایش می یابد. با استفاده از مدل یک بعدی، دمای خروجی از محفظه احتراق پیش بینی شده و با نتایج تجربی مقایسه شده است. مدل مذکور روند تغییر دمای خروجی از محفظه احتراق را به خوبی پیش بینی می کند.