22596

تحليل تاثير افزودن ذرات نانو به سوخت پايه بر مشخصه هاي احتراقي جريان واكنشي درون محفظه احتراق مدل توربين گاز

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

1399/4/29

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

در پايان نامه پيش رو تاثير افزودن نانوذرات آلومينا به سوخت ديزل درون يك محفظه احتراق مدل توربين گاز مورد تحليل عددي قرار گرفته است. براي حل معادلات حاكم از شبكه بندي منظم حجم محدود استفاده شده است و معادلات به صورت مرتبه دو گسسته سازي شده اند. نانوسوخت حاصل از افزودن 5/0 و 1 درصد حجمي نانوذرات آلومينا به سوخت پايه، به صورت تك فاز در نظر گرفته شده است. براي مدلسازي جريان دو فاز متشكل از قطرات سوخت و هوا از نگرش اويلر-لاگرانژ و براي تحليل مشخصه هاي جريان واكنشي پاششي از رهيافت آشفتگي Realizable k-ɛ، مدل انتقال حرارت تشعشعي جهات مجزا و مدل احتراقي فليملت پايا استفاده شده است. همچنين محاسبه آلاينده اكسيد نيتروژن به صورت يك پس پردازنده پس از حل جريان واكنشي درون محفظه صورت گرفته است. نتايج حاصل از شبيه سازي حاضر بر اساس داده هاي آزمايشگاهي موجود اعتبارسنجي شده اند. نتايج حاكي از آن است كه با افزودن نانوذرات آلومينا به سوخت ديزل و با افزايش ظرفيت گرمايي قطرات سوخت، نرخ تبخير قطرات كاهش يافته و درنتيجه طول عمر آن ها افزايش مي يابد. بنابراين بيشينه دماي محفظه كاهش و پارامتر الگوي دما بهبود مي يابد. هم چنين، مقدار آلاينده اكسيد نيتروژن توليد شده به مقدار قابل توجهي كم تر مي گردد. از طرفي در مقادير مونواكسيد و دي اكسيدكربن توليدي نيز كاهش اندكي مشاهده مي شود كه اين مسئله مي تواند بيانگر كاهش نرخ احتراق نانوسوخت نسبت به سوخت خالص باشد. اين روند با افزايش غلظت نانوذرات از 5/0 به 1 درصد ادامه مي يابد.

1399/09/06

Analysis of influence of nanoparticles addition to base fuel on combustion characteristics of a reacting flow in a gas turbine model combustion chamber

7/19/2020 12:00:00 AM

In the present study, the influence of adding alumina nanoparticles to diesel fuel in a gas turbine model combustion chamber has been numerically studied. The governing equations have been discretized in second order and solved in a finite volume structured grid. The nanofuel, resulting from adding alumina nanoparticles in volume fractions of 0.5 and 1 percent, has been considered as a single-phase fluid. For modeling two-phase flow, which consists of the fuel droplets and the inlet air, Eulerian-Lagrangian approach is applied. In order to investigate the characteristics of the spray reactive flow, Realizable k-ɛ turbulence model, discrete ordinates radiation heat transfer model, and steady diffusion flamelet combustion model have been used. Computations of NOx pollutant have been performed as a post processing after solving the reactive flow in the combustion chamber. A comparison between the present results and the existing experimental data has been made to evaluate the obtained accuracy. Results show that with an increase in droplets heat capacity due to adding alumina nanoparticles, evaporation rate decreases and droplets lifetime increase. Consequently, the maximum temperature in the combustor is reduced, pattern factor is improved and the amount of pollutant NOx is considerably decreased. However, the amounts of carbon monoxide and carbon dioxide are less than those of pure fuel and this could imply a lower burning rate of the nanofuel as compared with the pure fuel. This trend continues with increasing the concentration of nanoparticles from 0.5 to 1 percent.