Numerical investigation of turbulent combustion in a reverse flow combustor using les
Ters akışlı yanma odasındakı türbülanslı yanmanın les yöntemi ile incelenmesi
- Tez No: 512047
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Türbülanslı yanmanın araştırılması gaz türbini tasarımı açısından önemlidir. Düşük emisyonlu gaz türbini operasyonu türbülanslı karıştırma ile sağlanabilmesine rağmen, bu durum sistemin kararlılık performansını etkilemektedir. Günümüz süper-bilgisayarları ve nümerik yöntemleri sayesinde söz konusu durum modellenerek, deney ortamına ihtiyaç duyulmadan çözüm üretmek mümkündür. Türbülanslı yanma olayının detaylı bir şekilde incelenmesi gerekiyorsa, LES yöntemi en etkili yöntemlerden biri olarak ön plana çıkmaktadır. Gaz türbini tasarımı ele alındığında durma noktasına sahip ters akışlı (SPRF) yanma odası, benzersiz geometrisi sayesinde kararlı ve verimli bir yanma sunmaktadır. Aynı geometrik düzlem üzerindeki giriş ve çıkış portlarının varlığı, geometri içerisinde iç gaz re-sirkülasyonu sağlar. Bu özellik aynı zamanda karmaşık bir akış alanını da ortaya çıkarmaktadır. Bu çalışmada, SPRF yanma odasındaki türbülanslı yanma etkileşimi, LES metodolojisi ile sayısal olarak incelenmiştir. İlk olarak, soğuk akış durumu sıkıştırılamaz LES akış çözücüsü ile modellenmiştir. LES'in tek denklemli grid altı benzetimi karmaşık akış alanını yakalamak ve soğuk akış vakalarındaki deney sonuçlarını doğrulamak için yeterli çözünürlük sağlamıştır. Sonraki analizlerde de reaktif ön-karışımlı ve ön-karışımsız operasyonlar incelenmiştir. Ön-karışımsız çalışmada, konum olarak yanma odasının ikide üçünde kaldırılmış alev bulunurken, ön-karışımlı operasyon için giriş portlarından başlayan yapı¸sık bir alev gözlemlenmiştir. Kompleks akış alanı ve yanma dinamikleri sonuçları söz konusu yanma odasının çok düşük emisyon değerleri ile çalışabildiğini göstermiştir. Koaksiyal jetler arasındaki kayma tabakasının varlığı, yoğun bir karıştırma ortamı yaratmış ve bu da yanma etkinliğini daha da artırmıştır. Egzoz gazı re-sirkülasyonu, yüksek sıcaklık seviyelerini, dolayısıyla yanma odası içindeki yüksek NOx seviyelerini önlemiştir. Başlangıç aşamasındaki termo-akustik çalışma, gürültü seviyelerinin türbülanslı üretim ve ısı salınımı üretiminden çok fazla etkilendiğini göstermiştir. Yanma gürültüsünün toplam gürültü seviyesine katkısı, ön-karışımsız operasyonda ön-karışımlı operasyona kıyasla daha yüksek elde edilmiştir. Ön-karışımsız operasyonda daha büyük ısı salınımı gözlenmiştir. Daha fazla güce ihtiyaç duyulan durumlarda geometrinin davranışını anlamak için termo-akustik kararsızlıkların ayrıntılı bir biçimde incelemesi gerekmektedir. Karşılaştırılabilir sonuçlara ulaşmak için farklı yanma ve reaksiyon mekanizmalarını test etmek de ayrıca önemlidir. Bu çalışmaların ilerleyen dönemlerde yapılması hedeflenmiştir.
Özet (Çeviri)
Investigation of turbulent combustion is very important for gas turbine design. Although achieving low emission gas turbine operation through turbulent mixing, interaction between turbulence and combustion can affect the performance in terms of stability. With today's supercomputers and numerical methods, this situation can be modeled and overcome without the need for an experimental environment. Large eddy simulation (LES) technique is one of the most powerful computational fluid dynamics (CFD) method if the detailed investigation is intended about turbulent combustion. In terms of gas turbine design, stagnation point reverse flow (SPRF) combustor offers a stable and efficient combustion process resulting from its unique geometry. The presence of the inlet and outlet ports on the same geometrical plane provides internal gas recirculation within the geometry. This feature also reveals a complex flow field. In this study, turbulent combustion interaction in a SPRF combustor is numerically investigated using LES methodology. First, the non-reacting cold flow case is modeled with incompressible LES flow solver. Results showed that LES with one equation sub-grid modeling provided sufficient resolution to capture complex flow field and validate experimental results of the cold flow cases. Further analysis are extended to reacting cases as premixed and non-premixed operations. In the non-premixed operation, a lifted flame is located about the two-thirds of the combustor, while an attached flame is observerd for the premixed operation. Results of the complex flow field and combustion dynamics showed that it can operate at low emission conditions. The existence of the shear layer between the coaxial jets resulted with intense mixing which further increases the efficiency of the combustor. Exhaust gas re-circulation prevented high temperature levels, hence high NOx levels within the combustor. Preliminary thermo-acoustic study showed that noise level are highly affected by the turbulent production and heat release generation. The contribution of the combustion noise to the total noise level is obtained higher in the non-premixed operation as compared to the premixed one. In the non-premixed operation larger heat release is observed. A detailed examination of thermo-acoustic instabilities is necessary to understand its behavior in situations where more power is required. It is also important to test different combustion and reaction mechanisms in order to achieve comparable results. These are targeted as part of future work.
Benzer Tezler
- TLM16V185 tipi ağır iş dizel motoru için silindir içi akış yapısının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of in cylinder flow structure for TLM16V185 heavy duty diesel
EMRAH AYAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
YRD. DOÇ. DR. HASAN KÖTEN
- Dizel içten yanmalı motorlarda silindir içerisindeki hava hareketlerinin incelenmesi
In-cylinder flow characterization of air in diesel internal combustion engines
CEM DEMİRKESEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Benzin motorlarında indirgenmiş kinetik model uygulaması
Reduced chemical kinetic model application to spark ignition engines
CÜNEYT UYKUR
- Buji ateşlemeli motor silindirinde akışın ve yanmanın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of flow and combustion in a spark ignition engine cylinder
NUREDDİN DİNLER
Doktora
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NURİ YÜCEL
- Investigation of flame characteristics in a turbulent premixed combustion
Türbülanslı önkarışımlı yanma alevinin incelenmesi
MOHAMMED KHUDHAIR ABBAS AL HUMAIRI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ