مدل سازي محفظه احتراق توربين گاز با استفاده از روش شبكه

Modeling of Gas Turbine Combustion Chamber; By Using Network Method

هدف از اين مقاله، به كارگيري روش شبكه براي تحليل سريع محفظه احتراق توربين هاي گاز مي باشد. اين روش يك محفظه احتراق به وسيله گره ها و المان هاي متصل به آن ها، به شبكه اي از جريان هاي مستقل از هم تقسيم مي شود. معادلات اساسي كه در روش شبكه بايد ارضا شوند معادلات بقاي جرم و انرژي براي هر گره و رابطه افت فشار - دبي براي هر المان مي باشد.اين معادلات يك دستگاه معادلات متشكل از دبي جرمي و افت فشارها را تشكيل مي دهند كه با حل آن در گره ها مقادير جديد براي فشار، دبي و چگالي به دست مي آيد. اين روند تا رسيدن به شرط همگرايي تكرار مي شود.براي مدل سازي جريان از روابط متداول براي لوله ها و اريفيس ها استفاده شده است. براي مدل سازي اثر احتراق نيز، از احتراق تعادلي در نواحي احتراق اوليه و ثانويه استفاده شده است. اثر ترقيق جريان نيز با ورود هوا به جريان محصولات ناحيه احتراق ثانويه منظور شده است. دماي لاينر نيز با در نظر گرفتن آثار انتقال حرارت جابجايي و تشعشع محاسبه شده است. با اين روش در يك محفظه احتراق قوطي، ابتدا جريان سرد تحليل شده و طي آن دبي جرمي و افت فشارها در المان ها به دست آمده است. سپس با در نظر گرفتن احتراق كروسين، توزيع دبي جرمي، فشار، دما، و اجزا محصولات احتراق به دست آمده است. نتايج به دست آمده با نتايج تجربي موجود مقايسه شده است و همسويي بسيار خوبي نشان داده شده است. كيفيت نتايج و روند حل مسئله، نشان مي دهند كه روش شبكه قادر است تحليل مناسبي را در زمان بسيار كمي به طراحان محفظه ارائه كند.

This paper deals with utilization of the network method to fast analysis of the gas turbine combustors. In this method, a combustor is divided into several independent flows by some nodes and interconnecting elements. The fundamental equations which should be satisfied in the network method are conservation equations of mass and energy at each node and the pressure drop-flow rate correlation for each element. These equations constitute a system of equations of flow rate and pressure drop. Solving this system using a set of initial value gives pressure, flow rate, and density at each node that finally leads to a converging solution. The conventional relations for pipes and orifices are used for flow modeling. In order to combustion modeling, equilibrium assumption is applied in the primary and secondary combustion zones. The dilution effect is considered by entering the air from dilution holes into the flow of combustion products. The liner temperature is calculated by considering the effects of convection and radiation in the combustor. By the network method in a can type combustor, at the first step a cold flow analysis is performed and the flow rate and the pressure drop in each element are obtained. In the next step by including the combustion of kerosene and heat transfer, the distribution of flow rates, pressure, temperature, and species concentration of combustion products are calculated. The computation results are compared with the existing experimental data and an excellent agreement is seen. The quality of results and the solution procedure of the problem show that the network method is able to present a costly and accurate analysis to help the combustor designers