28015

تحليل تاثير انتقال حرارت تشعشعي بر روي نرخ تبخير پاشش سوخت مايع درون محفظه احتراق مدل توربين گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

1399

1401/11/11

فرزاد بازديدي طهراني

مهندسي مكانيك

پديده احتراق همواره به سبب حضور در طيف وسيعي از كاربردهاي مهندسي، به عنوان يكي از برجسته-ترين پديده¬هاي مهندسي شناخته مي¬شود. نحوه پاشش اسپري سوخت مايع، انتقال حرارت به قطرات سوخت و ميزان تبخير آن¬ها در محفظه‌هاي احتراق، موضوع مهمي در تعيين كيفيت احتراق و طراحي اتمايزرهاي سوخت مايع است. در پايان¬نامه حاضر، ابتدا فرآيند تبخير يك قطره سوخت هپتان (C7H16) در مجاورت گاز نيتروژن (N2) در نظر گرفته مي¬شود و آثار انتقال حرارت تشعشعي، اندازه قطره، دماي قطره و پديده جابجائي طبيعي در طي فرآيند تبخير بررسي مي¬شوند. در قدم بعدي نيز به بررسي اثرات انتقال حرارت تشعشعي، دما و نرخ جرمي هواي اتمايزر و دماي اوليه سوخت بر احتراق سوخت ديزل مايع(C16H34) پرداخته مي¬شود. سوخت توسط يك اتمايزر ايربلاست به داخل يك محفظه احتراق استوانه¬اي مدل پاشيده مي¬شود. هندسه اتمايزر ايربلاست با جزئيات كامل مدل‌سازي شده است تا تأثيرات آن بر تجزيه قطرات و تشكيل جريان به طور دقيق¬تر در نظر گرفته ‌شود. تك قطره سوخت هپتان و نيز پاشش سوخت ديزل در اتمايزر توسط مدل فاز گسسته بر اساس رويكرد اويلري-لاگرانژي شبيه¬سازي شده است. آشفتگي جريان توسط مدل آشفتگي realizable k-ε شبيه¬سازي مي‌شود، در حالي كه مدل¬هاي تشعشعي جهات گسسته (DOM) و P-1 و مدل احتراقي فليملت به ترتيب براي مدل‌سازي انتقال حرارت تشعشعي و احتراق استفاده شده¬اند. غلظت گونه¬ي NO با استفاده از پس¬پردازش به دست مي¬آيد. نتايج حاكي از آن است كه افزايش دماي گاز اطراف قطره هپتان، نقش انتقال حرارت تشعشعي را پررنگ¬تر و كاهش اندازه قطرات نقش تشعشع حرارتي را كم¬رنگ¬تر مي¬كند. ناديده گرفتن تشعشع حرارتي در احتراق اسپري با قطرات ريز تنها با افزايش مقادير دماي محوري به ميزان 8% بر مناطق دما بالا تأثير مي¬گذارد. تشعشع حرارتي بر نرخ توليد گونه¬ي NO اثر شگرفي دارد. بدون در نظر گرفتن تشعشع حرارتي، غلظت NO محوري تقريبا دو برابر مي¬شود. افزايش نرخ جريان جرمي و دماي هواي اتميزه كننده، به واسطه افزايش نرخ تبخير، راندمان احتراق را افزايش مي¬دهند. افزايش دماي سوخت از 300 K به 325 K، باعث كاهش طول شعله به ميزان تقريبي 22% مي¬شود. با توجه به نتايج، افزايش دماي سوخت (به دليل خطرات نگهداري از آن) نسبت به افزايش دما و جريان جرمي هواي اتميزه كننده، انتخاب خوبي به نظر نمي¬رسد.

1401/12/07

Analysis of Radiation Heat transfer Effect on Evaporation Rate of Liquid Fuel Spray inside a Model Gas Turbine Combustor

1/31/2024 12:00:00 AM

In the present dissertation, the evaporation of a drop of heptane fuel in the vicinity of nitrogen gas is considered first and the effects of radiation, droplet size, droplet temperature and the natural convection are investigated. In the next step, the effects of radiation heat transfer, temperature and mass flow rate of atomizer air and initial fuel temperature on the combustion of liquid diesel fuel are studied. The fuel is sprayed into a cylindrical combustion chamber by an airblast atomizer. The airblast atomizer geometry is modeled in detail to accurately account for its effects on droplet breakup and flow formation. The single drop of heptane fuel and the injection of diesel fuel in the atomizer are simulated by the discrete phase model based on the Eulerian-Lagrangian approach. The flow turbulence is considered by the realizable k-ε turbulence model, while the discrete ordinates model and flamelet model are employed to model the radiative heat transfer and combustion, respectively. The concentration of NO species is obtained using post-processing. The results indicate that increasing the temperature of the gas around the heptane droplet makes the role of radiative heat transfer stronger and a decrease in droplet size makes the role of radiation weaker. Ignoring the thermal radiation in the spray combustion with fine droplets only affects the high temperature areas by increasing the axial temperature values by 8%. Thermal radiation has a tremendous effect on the production rate of NO species. Without taking thermal radiation into account, the axial concentration is almost doubled. Increasing the mass flow rate and atomization air temperature enhance the combustion efficiency by increasing the evaporation rate. According to the results, augmenting the fuel temperature compared to increasing the temperature and mass flow rate of the atomization air does not seem to be a good choice.

انتقال حرارت تشعشعي , مدل¬سازي احتراق آشفته , اتمايزر ايربلاست , احتراق سوخت مايع , آلاينده NO

Thermal radiation , Turbulent combustion modeling , Airblast atomizer , Liquid fuel combustion , NO pollutant

amir hossein rezaei

farzad bazdidi tehrani