16357

16357

تحليل جريان دو فازي در محفظه احتراق توربين گاز هوايي با تأكيد بر بخش هاي ديفيوزر، سوئيرلر و سوخت پاش

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

فروردين ماه 1395

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

چكيده در پايان‌نامه حاضر، به تحليل جريان دو فازي در محفظه احتراق توربين گاز هوايي با تأكيد بر بخش¬هاي ديفيوزر، سوئيرلر و سوخت¬پاش پرداخته شده است. بسياري از فرآيندهاي صنعتي در زمينه احتراق، خنك‌كاري و واكنش¬هاي شيميايي دربرگيرنده تبخير پاششي سوخت مايع در محيط آشفته مي¬باشند. ابتدا جريان تك‌فاز هوا، سپس پاشش سوخت مايع در محيط دوفاز با استفاده از مدل¬هاي پاششي شكست ثانويه و برخورد شبيه¬سازي شده¬ ¬است. براي حل معادلات حاكم از شبكه بندي منظم حجم محدود استفاده شده است. معادلات حاكم بر جريان به صورت ضمني خطي سازي شده¬ و به صورت مرتبه دو گسسته¬سازي شده¬اند. براي فاز پيوسته(سوخت مايع)، از ديدگاه اويلري و براي فاز گسسته(جريان هوا)، از ديدگاه لاگرانژي استفاده شده و جريان آشفته با استفاده از رهيافت¬هاي RANS و LES مدل¬سازي شده ¬است. از ديفيوزر دامپ، سوئيرلر محوري و دو نوع سوخت¬پاش مخروطي و ايربلست در شبيه‌سازي‌ها استفاده شده است. نتايج براي هر دو هندسه مورد بررسي در دو قسمت تك¬فاز و دوفاز ارائه شده و در هر دو حالت مذكور تطابق قابل قبول با داده¬هاي تجربي مشاهده مي¬گردد. در نزديكي نازل سوخت، قطرات ريز در مركز محفظه و قطرات بزرگ‌تر در لبه¬هاي اسپري مشاهده مي¬شود. با فاصله گرفتن از نازل سوخت توزيع قطر قطرات يكنواخت¬تر مي¬گردد. همچنين در پايين¬دست، سرعت جريان دوفاز روند مشابه با سرعت تك¬فاز پيدا مي¬كند و به حالت جريان داخل كانال نزديك¬تر مي¬گردد. با توجه به نتايج بده دست آمده، رهيافت¬ LES نسبت به رهيافت RANS از دقت بالاتري برخوردار است. رهيافت LES داده¬هاي وابسته به زمان براي تحليل و درك بهتر فيزيك مسئله در اختيار قرار مي¬دهد. ضمناٌ در خصوص مدل¬هاي پاششي استفاده شده مدل شكست ثانويه قطرات نسبت به مدل برخورد قطرات نتايج مناسب¬تري را گزارش مي¬دهد. واژه‌هاي كليدي: محفظه احتراق توربين گاز، جريان دوفاز، پاشش سوخت مايع، جريان آشفته

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Spray evaporation of liquid fuels in turbulent flow is a common process in many industrial applications such as combustion, cooling an​d processes including chemical reactions. Interactions between fuel droplets (discrete phase) an​d fluid flow (continuous phase) have a considerable effect on liquid fuel evaporation. In this research, both single phase an​d two phase modelling of liquid fuel injection into the combustion chamber are presented. Finite volume method is used for solving equations an​d to do so, a structural mesh has been employed. An implicit, second order discretization method is used for discretizing the equations. Euler an​d Lagrangian approaches are applied for continuous an​d discrete phases, respectively, an​d simulation of turbulent flow is carried out employing both the RANS an​d LES approaches. Results are presented in two different parts: single phase an​d two phase an​d also for both modes. An acceptable agreement with the experimental data is observed. The results show that the LES approach is better than the RANS approach an​d close to the fuel nozzle, small droplets are distributed in the center of chamber while the larger droplets are mainly distributed near the edge of spray. Moving further from fuel nozzle, the distribution of droplets size become more an​d more uniformly. Also, the velocities obtained by the two phase an​d single phase modellings concerning the downstream of flow field seem to have a similar pattern an​d become more comparable with the flow inside a channel. Keywords: Gas Turbine Combustor, Two Phase Flow, Liquid Fuel Spray, Turbulent Flow