شبیه سازی و صحت سنجی تبدیل محفظه احتراق موتور GTCP ۸۵ ۱۸۰ از سوخت مایع به گاز با رویکرد طراحی مشعل پیش مخلوط

هدف این پژوهش، بررسی امکان پذیری و پیامدهای تغییر سوخت محفظه احتراق موتور GTC۸۵ ۱۸۰ از سوخت مایع به گاز طبیعی و تحلیل رفتار جریان، شعله و بار حرارتی محفظه در هر دو حالت است. در مرحله نخست، محفظه احتراق همراه با انژکتور سوخت مایع مدل سازی و شبیه سازی شد. برای بازتولید دقیق فیزیک جریان و احتراق، از مدل آشفتگی k ε Realizable، مدل احتراقی Non Premixed Combustion، مدل تشعشعی Discrete Ordinate و مدل DPM برای شبیه سازی اسپری سوخت استفاده گردید. همچنین انتقال حرارت سازه–سیال به صورت کوپل شده حل شد تا رفتار حرارتی واقعی دیواره ها قابل ارزیابی باشد. صحت سنجی نتایج با داده های تجربی نشان داد که مدل عددی قادر است الگوی شعله و نواحی داغ محفظه را با دقت مناسب پیش بینی کند. در ادامه، برای حالت گازسوز، یک مشعل جدید با الهام از مشعل های نسل دوم توربین های صنعتی طراحی شد. این مشعل با ایجاد جریان چرخشی و شعله ترکیبی پیش مخلوط–دیفیوژن، هدف افزایش پایداری شعله و کاهش آلاینده ها را دنبال می کند. شبیه سازی محفظه در حالت گاز طبیعی نشان داد که شعله در مرکز محفظه شکل گرفته و طول آن نسبت به حالت مایع کاهش می یابد؛ موضوعی که یکنواختی دمای خروجی را بهبود می بخشد. همچنین افت فشار کل محفظه در حالت گازسوز حدود ۱۱.۳٪ کاهش یافت که نشان دهنده بهبود عملکرد هیدرودینامیکی محفظه است. نتایج کیفی نشان می دهد که گازسوز کردن محفظه، ضمن کاهش قابل توجه آلاینده های کربنی و بهبود ساختار شعله، موجب افزایش بار حرارتی دیواره و نیاز به اصلاح طراحی بخش سوئرلر برای ارتقای خنک کاری می شود. این مطالعه مسیر روشنی برای توسعه محفظه های گازسوز با راندمان بالا و آلاینده کم ارائه می کند.

کلیدواژه ها:

شعله ، مشعل ، دمای دیواره ، گاز طبیعی