طراحی یک محفظه احتراق نوع معکوس توربین با آلایندگی کم: شبیه سازی عددی و مطالعه پارامتری

در این پژوهش فرآیند طراحی و ارزیابی یک محفظه احتراق جریان معکوس، حلقوی برای کاربردهای توربین گازی به صورت نظام مند انجام شده است. در مرحله نخست، چارچوب طراحی بر اساس داده های اولیه، روابط تجربی و نیمه تجربی معتبر و محدودیت های هندسی و عملیاتی تعیین گردید. محاسبه مساحت مرجع پوسته بیرونی، تعیین قطرهای داخلی و خارجی محفظه و بررسی افت فشار مجاز، کیفیت گازهای خروجی، نسبت هم ارزی و فاکتور الگو از جمله گام های اصلی این بخش بوده است. سپس با استفاده از روابط استاندارد، قطرهای پیشنهادی برای پوسته و لاینر محاسبه و با یکدیگر مقایسه شد تا مقدار بهینه برای ادامه طراحی انتخاب گردد. سه روش رایج تعیین مساحت لاینر شامل روش تجربی ساده، روش براگ و روش اوجرز–کریر تحلیل و تفاوت های آن ها در فرضیات افت فشار، راندمان احتراق و حجم ناحیه اولیه بررسی شد. در ادامه، با بهره گیری از محدودیت های هندسی، ارتفاع گنبد، فاصله پوسته و لاینر و مساحت حلقوی عبور جریان تعیین گردید تا سرعت جریان در محدوده توصیه شده ۳۵ تا ۶۰ متر بر ثانیه باقی بماند. توزیع هوای ورودی میان نواحی اولیه، ثانویه، رقیق سازی و خنک کاری بر اساس اصول طراحی محفظه های مدرن و نیازهای حرارتی دیواره ها انجام شد. طول هر ناحیه با روابط تجربی محاسبه و طول کل لاینر تعیین گردید. همچنین تعداد سوخت پاش ها با توجه به ارتفاع گنبد و محیط خط مرکزی لاینر انتخاب و با نمونه های صنعتی تطبیق داده شد. برای ارزیابی طراحی، یک شبیه سازی عددی جامع در نرم افزار ANSYS Fluent انجام شد. هندسه نهایی مدل سازی و شبکه بندی دقیق برای تحلیل نواحی حساس ایجاد گردید. مدل های مناسب توربولانسی و احتراقی انتخاب و کانتورهای دما، سرعت، فشار، خطوط جریان و کسر جرمی گونه ها استخراج شد. نتایج نشان داد که الگوی جریان شامل گردابه های پایدار، اختلاط مناسب سوخت و هوا و توزیع قابل قبول دما در خروجی است. این تحلیل عددی اعتبار طراحی اولیه را تایید کرده و نقاط نیازمند اصلاح هندسی را مشخص نمود.

کلیدواژه ها:

محفظه احتراق جریان معکوس حلقوی ، توزیع هوای احتراق ، افت فشار محفظه ، شبیه سازی عددی ، ANSYS Fluent