Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

TEHETSÉGES HALLGATÓK AZ ENERGETIKÁBAN AZ ESZK ELŐADÁS-ESTJE

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével Kurucz Boglárka Gépészmérnök MSc. hallgató [email protected]

2015. ÁPRILIS 23.

Tartalom

 Bevezetés  Modellalkotás lépései  Geometria  Térbeli diszkretizáció  Szimulációs beállítások/eredmények  Eredmények értékelése

2015. április 23.

Tehetséges hallgatók az energetikában

2

Bevezetés  Capstone C30-as mikro-gázturbina  Tüzelőanyag: gázolaj  Lezajló folyamatok      

Levegő beszívás/komprimálás Levegő előmelegítés Tüzelőanyag porlasztás Égés Forró füstgáz expanziója Füstgáz visszahűtés

 Égési folyamat modellezése

 Jelenleg is fejlesztési irány, kevés szakirodalom  Szoftverek:  Ansys ICEM  Ansys FLUENT

2015. április 23.


3

Modellalkotás lépései  Probléma meghatározása  Geometria elkészítése (egyszerűsítések)  Térbeli diszkretizálás (nagy gradiensű változásokra kiemelt figyelmet kell fordítani)  Szimuláció lépései: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

2015. április 23.

Peremfeltételek megadása Konvergencia modell kiválasztása Stabil áramlástani modell létrehozása Tüzelőanyagcseppek bejuttatása Kémiai reakciók figyelembe vétele (Sugárzásos hőátadás)


4

Geometria

2015. április 23.


5

Térbeli diszkretizáció  92 049 cella

 203 773 cella

 Legkisebb méret (1,7∙10-5 m2)

 Legkisebb méret (1∙10-5 m2)

 Legnagyobb méret (0,87∙10-3 m2)

 Legnagyobb méret (6,2∙10-4 m2)  Diffúzoros rész hálózása

2014. április 17.


6

Szimulációs beállítások Diffúzor nélküli kialakítás

1 bar (RSM-Stress Omega) • • • • •

Reynolds Stress modell Stress-omega Kompresszibilitás Sugárzásos hőátadás Simplec

0,7 bar • • • •

2014. április 17.

K-omega SST Sugárzásos hőátadás Simple

1 bar (RSM-Stress Omega, SAS) • • • • •

Reynolds Stress modell Stress-omega (SAS) Kompresszibilitás Sugárzásos hőátadás Simplec

0,3 bar • • •

K-omega SST Coupled


7

Szimulációs eredmények Diffúzor nélküli kialakítás

1 bar (RSM-Stress Omega)

1 bar (RSM-Stress Omega SAS)

0,7 bar

0,3 bar

2014. április 17.


8

Szimuláció

Diffúzoros kialakítás

1 bar/0,7 bar/0,3 bar •

K-epszilon modell

•

Valós közeg

•

Coupled

1bar

0,7 bar

0,3 bar

2014. április 17.


9

Szimulációs eredmények

2014. április 17.

Kialakítás

p [Pa]

T [K]

v [m/s]

rOH [kg/kg]

Kcs [m]

1 bar/Dn/RSM

3,82∙104

2330

666

2,29∙10-3

4,05∙10-5

1 bar/Dn/SAS

3,82∙104

2330

563

2,29∙10-3

6,08∙10-5

1 bar/D

9,09∙104

2360

521

2,72∙10-3

9,13∙10-7

0,7 bar/Dn

1,42∙106

1890

570

8,57∙10-4

4,96∙10-7

0,7 bar/D

1,79∙105

2210

461

1,87∙10-3

1,76∙10-6

0,3 bar/Dn

2,82∙105

2120

360

1,83∙10-3

5,65∙10-7

0,3 bar/D

8,51∙104

2120

336

1,64∙10-3

8,19∙10-7


10

Eredmények értékelése I.

Adiabatikus lánghőmérséklet számolás

 Megmutatja, hogy adiabatikus körülményeket feltételezve (nincs hőelvonás, vagy hőhozzávezetés), a tüzelőanyagot az elméleti levegőszükséglettel elégetve, mekkora hőmérsékletű füstgáz keletkezik. 𝑡é = Szükséges adatok

𝐹 + 𝑐𝑝𝑡ü ∙ 𝑡𝑡ü − 𝑡0 + 𝜆 ∙ 𝐿0 ∙ 𝑐𝑝𝑙 (𝑡𝑙 − 𝑡0 ) + 𝑡0 [𝐶°] [𝑉0 + (𝜆 − 1) ∙ 𝐿0 ] ∙ 𝑐𝑝𝑓𝑔

1 bar Dn/RSM

1 bar Dn/SAS

0,7 bar Dn

0,3 bar Dn

1 bar D

0,7 bar D

0,3 bar D

Té [K]

2613,96

2567,43

2675,36

2710,41

2845,09

2806,08

2905,42

Tmax [K]

2330

2330

1890

2120

2360

2210

2120

2015. április 23.


11

Eredmények értékelése II. Összehasonlítás mért eredményekkel

 Spektrofotométer OH gyök eloszlás (0,7 bar)

2015. április 23.


12

Eredmények értékelése III. Hálófüggetlenségi vizsgálat

 Diffúzor nélküli kialakítás  3 gyengébb minőségű, 2 finomabb háló  Vizsgált paraméterek  Porlasztólevegő tömegárama  Az OH gyök tömegarányának térfogatra vett integrálja  A falfelületekre ható y irányú erő  Turbulens kinetikus energia térfogatra vett integrálját  A hőmérséklet teljes térfogatra vett integrálját

 Eredmény: A szimuláció erősen függ a háló minőségétől.

2015. április 23.


13

Továbbfejlesztési lehetőségek

 Fizikai modell fejlesztése  Hálófüggetlenség további fejlesztése  Háromdimenziós vizsgálat

2015. április 23.


14

Köszönöm a figyelmet!

2014. április 17.


15

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

Recommend Documents