طراحي مفهومي محفظه احتراق متعارف توربين گاز در راستاي تخمين انتشار آلاينده‌ها

Conceptual Design of Conventional Gas Turbine Combustors Aiming at Pollutants Emission Prediction

طراحي محفظه احتراق همواره به عنوان پرچالش‌ترين بخش طراحي توربين گاز شناخته شده است. در اين مقاله بر طراحي مفهومي محفظه احتراق موتورهاي هوايي متعارف تمركز شده است. ضرورت اين پژوهش از نياز مبرم به يك مدل جامع و كارا جهت فراهم كردن سريع داده‌ها در مراحل اوليه فرايند طراحي (طراحي مفهومي و طراحي مقدماتي) نشأت مي‌گيرد. در راهكار پيشنهادي طراحي و تخمين عملكرد محفظه احتراق يكپارچه شده است. براي اين منظور، يك كد رايانه‌اي بر پايه روندهاي طراحي توسعه داده شده است. با استفاده از ابزار طراحي توسعه داده شده، هندسه محفظه احتراق و پارامترهاي عملكردي آن حاصل مي‌گردد. بر اساس سطح اطلاعات موجود در مراحل اوليه طراحي، روش شبكه رآكتورهاي شيميايي جهت مدل‌سازي احتراق انتخاب شده است. در اين راستا، سه مكانيزم شيميايي مختلف براي سوخت هوايي Jet-A مطالعه گرديده است. علاوه بر اين، تبخير قطرات سوخت مايع و غيريكنواختي مخلوط سوخت و هوا در ناحيه اوليه محفظه احتراق مدل شده است. نتايج حاصل از ابزار طراحي با داده‌هاي يك محفظه احتراق حلقوي مقايسه شده است كه همگرايي قابل قبولي ميان ابعاد و آلاينده‌هاي خروجي نشان داده شده است.

The design of combustor has long been the most challenging portion in the design process of a gas turbine. This paper focused on the conceptual design methodology for aircraft combustors. The necessity of this work arose from an urgent need for a comprehensive model that can quickly provide data in the initial phases (conceptual design and preliminary design) of the design process. The proposed methodology integrated the performance and the design of combustors. To accomplish this, a computer code has been developed based on the design procedures. The design model could provide the combustor geometry and the combustor performance. Based on the available inputs data in the initial phases of the design process, a chemical reactor network (CRN) approach is selected to model the combustion with a detailed chemistry. In this way, three different chemical mechanisms are studied for Jet-A aviation fuel. Furthermore, the droplet evaporation for liquid fuel and the non-uniformity in the fuel-air mixture are modelled. The results of a developed design tool are compared with data of an annular engine’s combustor. The results have good agreement with the actual geometry and outputs of engine test rig emissions