بهينه سازي محفظه احتراق توربين گاز ميكرو با تغيير چرخاننده به صورت عددي و تجربي

Optimization of Micro Gas Turbine Combustion Chamber by Changing the Swirler Numerically and Experimentally

در طراحي محفظه احتراق، پارامترهاي مختلفي مدنظر بايد قرار بگيرد. از جمله اين پارامترها مي­توان به توزيع دماي يكنواخت در خروجي محفظه، كنترل پايداري شعله، آلايندگي كمتر، بازده بيشتر احتراق، دماي ديواره كمتر و افت فشار كمتر در محفظه اشاره كرد. با توجه به شرايط پيچيده حاكم بر جريان در محفظه احتراق بعلت اثرات متعدد توربولانس و اختلاط جريان­ها و همچنين رفتار شعله­هاي آشفته، پيش بيني عملكرد اين­گونه محفظه­ها امري بسيار پيچيده مي­باشد. در اين مقاله، سعي شده است محفظه احتراق ميكروتوربين دانشگاه صنعتي اميركبير به لحاظ چرخاننده بررسي شده و بهينه گردد. متغيرهاي اين بهينه سازي تعداد، ضخامت و زايه پره­ها و توابع هدف كاهش مقدار CO، NOx، هيدروكربن نسوخته و افزايش دماي خروجي در نظر گرفته شد. اين كار به كمك روش عددي انجام و در نهايت چرخاننده انتخاب شده در روش عددي، در روش تجربي تست گرديد. با توجه به مطالعات انجام شده، در نهايت چرخاننده با زاويه 60 درجه، تعداد 12 پره و ضخامت 75/0 ميلي متر به عنوان گزينه نهايي انتخاب شد. در نتايج نهايي، مقدار آلايندگي CO به ميزان قابل توجهي كاهش پيدا كرد. البته دماي خروجي و ضريب يكنواختي دماي خروجي و هيدروكربن نسوخته در گزينه نهايي كمتر شد. با اين حال يكنواختي دما داخل محفظه بيشتر شد.

In the design of the combustion chamber, various parameters should be considered. These parameters include uniform temperature distribution at the outlet of the chamber, more flame stability, lower pollution, higher combustion efficiency, lower wall temperature, and lower pressure drop in the chamber. Regarding to the complex condition of the flow in the combustion chamber due to the various effects of turbulence and mixing of flows as well as the behavior of turbulent flames, predicting the performance of flow in the combustion chambers is very complicated. In this paper, it is tried to study and optimize the combustion chamber of Amirkabir University of Technology in terms of swirler. It is done by using the numerical method and finally the selected swirler in the numerical method is tested in the experimental setup to investigate optimization method .According to the studies, swirler with an angle of 60 degrees, 12 blades, and a thickness of 0.75 mm is selected as the final case. In the experimental results, the amount of CO pollution has significantly reduced. The output temperature, the pattern factor and unburned hydrocarbon have reduced in the final case. However, the temperature uniformity inside the chamber has increased.