21655

21655

تحليل ارتباط بين توليد آنتروپي و شكل‌گيري آلاينده هاي NO و دوده درون يك محفظه احتراق مدل توربين گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

95-98

1398/3/7

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

در پايان نامه حاضر، ارتباط بين توليد آنتروپي و شكل گيري آلاينده هاي NO، دوده و CO با استفاده از رهيافت‌هاي RANS و LES در دو محفظه احتراق مدل توربين گاز متفاوت بررسي و تحليل شده است. براي آلاينده دوده جريان احتراقي كروسين با هوا، و براي آلاينده NO، جريان احتراقي پروپان با هوا در نظر گرفته شده است. آلاينده CO در هر دو جريان احتراقي مورد تحليل قرار گرفته است. براي حل معادلات حاكم از شبكه بندي منظم حجم محدود استفاده شده است و معادلات به صورت مرتبه دو گسسته‌سازي شده اند. براي شبيه سازي انتقال حرارت تشعشعي از مدل جهات مجزا استفاده شده است. مدل فليملت پايا نيز براي شبيه‌سازي احتراق به كار گرفته شده است. براي دقت بيشتر به ترتيب دو مكانيزم شيميايي با 194 گونه و 1459 واكنش شيميايي براي مدل سازي آلاينده دوده و 115 گونه و 2141 واكنش شيميايي براي مدل سازي آلاينده NO به كار گرفته شده است. با بررسي استقلال نتايج از شبكه نشان داده شد، آلاينده دوده نسبت به ساير آلاينده ها حساسيت بيشتري به تراكم شبكه دارد. همچنين با استفاده از عدد كورانت و نسبت لزجت زيرشبكه به لزجت مولكولي، شبكه مورد استفاده در رهيافت LES مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاضر با مقادير تجربي براي اعتبار سنجي مقايسه شده است كه از دقت خوبي برخوردار مي باشند. نتايج نشان مي دهد كه رهيافت LES نسبت به رهيافت RANS از دقت بيشتري برخوردار است، به ويژه در محاسبه توليد آنتروپي. فرآيند واكنش هاي شيميايي بيشترين سهم را در توليد آنتروپي دارد. در نتيجه، مي توان از ساير عوامل توليد آنتروپي شامل هدايت حرارتي، انتقال جرم و اضمحلال سيال در جريان احتراقي صرف نظر كرد. با محاسبه آنتروپي در يك جريان احتراقي مي توان نواحي شكل گيري آلاينده هاي ياد شده را با دقت قابل قبولي پيش‌بيني كرد. همچنين، با شناسايي پارامترهاي مشترك و مؤثر در توليد آنتروپي و شكل گيري آلاينده ها، مي توان به طور مستقيم با محاسبه توليد آنتروپي و كاهش برگشت ناپذيري نرخ توليد آلاينده ها را كاهش داد.

1398/11/02

Analysis of relations between entropy generation and emissions in a gas turbine model combustor

5/27/2020 12:00:00 AM

A comprehensive study of turbulent combustion is carried out to analyze the relations between entropy generation and emissions in a model gas turbine combustor. Dealing with the laminar flamelet combustion model for predicting the temperature distribution, the MBH model is applied for estimating the soot formation. The radiation heat transfer is simulated employing DOM and turbulent flow is simulated by the realizable k-ε and LES turbulence model. In the present work, the vaporized kerosene fuel with a chemical formula of C_10 H_22 and the propane fuel with a chemical formula of C_3 H_8 are considered as the fuels. For kerosene, the flamelet database is produced on the basis of JetSurf 1.0 reaction mechanism which includes 194 species and 1459 reduced chemical reactions of kerosene. For propane, the flamelet database is produced by CRECK modeling group which includes 115 species and 2141 chemical reactions of propane. The mesh independency investigation showed that soot is highly dependent of grid size. With courant number criterion and the ratio of the SGS viscosity to the molecular method, resolution of LES have been evaluated. There are credible agreements between the present results and the available experimental data. Results show that LES model has a lower mean devation toward realizable k-ε model. The chemical reaction process has the biggest role in the computation of entropy generation while the other factors including viscous dissipation, mass diffusion and heat conduction can be neglected. The main region of emissions formation can directly be predicted by the entropy generation with an acceptable deviation. This may be applied to the analysis of the reduction of the pollutants in a combustor. By investigating the entropy generation distribution, uncovering and omitting the mutual causes of irreversibility and the pollutants formation, the entropy generation can be decreased and, consequently, a reduction in the pollutants formation occurs.