شماره ركورد
34431
پديد آورنده
افشين سعيدي اسبوئي
عنوان
بررسي تأثير استفاده از هيدروژن گازي در كنار سوخت مايع هيدروكربني بر برهمكنش آشفتگي-شيمي در يك محفظه احتراق مدل توربين گاز هوايي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/30
استاد راهنما
دكتر فرزاد بازديدي طهراني
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در پژوهش حاضر، اثر استفاده از هيدروژن گازي در كنار سوخت مايع هيدروكربني بر برهمكنش آشفتگي–شيمي و رفتار جريان واكنشي آشفته در يك محفظه احتراق مدل توربين گاز هوايي بررسي شده است. براي مدلسازي جريان دوفاز از رويكرد اويلري–لاگرانژي و براي شبيهسازي آشفتگي از مدل Realizable k–ε استفاده شده است. در اين پژوهش براي مدلسازي احتراق از مدل فليملت و مدل تعادل شيميايي استفاده شده است. صحتسنجي نتايج با دادههاي تجربي شامل پروفيلهاي سرعت، دما و غلظت NOx انجام شده است و مدلسازي آلاينده NOx بهصورت پسپردازشي صورت پذيرفته است. از آنجا كه نحوهي افزودن هيدروژن به سوخت مايع، تأثير مستقيمي بر ويژگيهاي فيزيكي، ترموديناميكي و برهمكنش آشفتگي–شيمي دارد، دو سناريوي متمايز تعريف و بررسي ميشود، در سناريوي اول (Energy-Balanced)، با هدف ثابت نگهداشتن انرژي آزاد شده، بخشي از دبي جرمي سوخت مايع كاهش مييابد و در سه حالت جايگزيني 20 ، 40 و 60 درصدي دبي جرمي سوخت مايع هيدروكربني ، مقادير0٫00002 و 0٫00004 و 0٫00006كيلوگرم بر ثانيه هيدروژن تزريق ميشود. در سناريوي دوم (Energy-Added)، دبي سوخت مايع ثابت نگهداشته شدهاست و مقادير مشابهي از هيدروژن به سيستم تزريق شده است. نتايج نشان ميدهد كه راهبرد تزريق هيدروژن اثر معناداري بر ساختار جريان، اختلاط، ميدان دما و توليد آلايندهها دارد. در سناريوي اول كاهش دبي كل و حركت به سمت احتراق رقيق باعث كاهش دما شده، اما كاهش قابلتوجهي در NOx ايجاد نكرده است، درحاليكه در سناريوي دوم افزايش توان حرارتي و تقويت برهمكنش آشفتگي–شيمي موجب افزايش شدت نواحي داغ و توليد NOx بيشتر شده است. دماي ورودي توربين در سناريوي اول از 1062 كلوين به حدود 1010 كلوين كاهش يافته، اما در سناريوي دوم تا 1418 كلوين افزايش يافته است. كسر جرمي متوسط CO₂ در خروجي محفظه احتراق در سناريوي اول از 0٫099 به 0٫042 كاهش يافته، درحاليكه در سناريوي دوم از 0٫099 به 0٫102 افزايش مييابد. بررسي توزيع شعاعي كسر جرمي CO₂ نشان ميدهد كه در سناريوي اول كاهش ورودي كربن و رقيقسازي محصولات عامل اصلي است، اما در سناريوي دوم، ميدان دما و شدت اختلاط نقش غالبتري در تغييرات كسر جرمي كربندياكسيد ايفا ميكنند. انتخاب راهبرد افزودن هيدروژن نقش تعيينكنندهاي در كنترل رفتار حرارتي و محصولات احتراق محفظههاي توربين گاز دارد و چارچوبي مؤثر براي توسعه سامانههاي توربين گاز با سوختهاي غني از هيدروژن فراهم ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/07
عنوان به انگليسي
Investigation of the Effect of Using Gaseous Hydrogen with Liquid Hydrocarbon Fuel on Turbulence-Chemistry Interaction in an Aero Gas Turbine Model Combustor
تاريخ بهره برداري
10/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
افشين سعيدي اسبوئي
چكيده به لاتين
In the present study, the effect of using gaseous hydrogen in combination with a liquid hydrocarbon fuel on turbulence–chemistry interaction and the behavior of turbulent reactive flow in a model aero gas turbine combustor is investigated. The multiphase flow was simulated using an Eulerian-Lagrangian approach, and turbulence was modeled with the Realizable k–ε formulation. For combustion modeling, both the Flamelet and chemical equilibrium models were employed in this study. Validation of the numerical results is performed using experimental data, including velocity, temperature, and NOx concentration profiles. The modeling of NOx emissions is carried out in a post-processing framework. Since the method of hydrogen addition to the liquid fuel has a direct impact on the physical and thermodynamic properties as well as on turbulence–chemistry interaction, two distinct scenarios are defined and investigated. In the first scenario (Energy-Balanced), in order to maintain a constant released energy, a portion of the liquid fuel mass flow rate is reduced. Accordingly, for 20%, 40%, and 60% replacement of the hydrocarbon liquid fuel mass flow rate, hydrogen is injected at mass flow rates of 0.00002, 0.00004, and 0.00006 kg/s, respectively. In the second scenario (Energy-Added), the liquid fuel mass flow rate is kept constant, and identical amounts of hydrogen are injected into the system. The results indicate that the hydrogen injection strategy has a significant impact on the flow structure, mixing characteristics, temperature field, and pollutant formation. In the first scenario, the reduction in the total fuel flow rate and the shift toward lean combustion lead to a decrease in temperature; however, no significant reduction in NOx emissions is observed. In contrast, in the second scenario, the increase in thermal power and the intensification of turbulence–chemistry interaction result in stronger and displaced hot spots, accompanied by higher NOx production. The turbine inlet temperature decreases from 1062 K to approximately 1010 K in the first scenario, whereas in the second scenario it increases to 1418 K. The mean CO₂ mass fraction at the combustor outlet decreases from 0.099 to 0.042 in the first scenario, whereas in the second scenario it increases from 0.099 to 0.102. An examination of the radial distribution of the CO₂ mass fraction indicates that, in the first scenario, the reduction in carbon input and the dilution of combustion products are the primary contributing factors. In contrast, in the second scenario, the temperature field and mixing intensity play a more dominant role in governing variations in the carbon dioxide mass fraction. The selection of the hydrogen addition strategy is therefore a determining factor in controlling the thermal behavior and combustion products of gas turbine combustors, and it provides an effective framework for the development of gas turbine systems fueled with hydrogen-enriched fuels
كليدواژه هاي فارسي
محفظه احتراق مدل توربين گاز , سوخت مايع هيدروكربني , هيدروژن , برهمكنش آشفتگي- شيمي
كليدواژه هاي لاتين
Model gas turbine combustor , liquid hydrocarbon fuel , hydrogen , turbulence–chemistry interaction
Author
Afshin Saeedi Esbooei
SuperVisor
Dr.Farzad Bazdidi Tehrani