بررسي اثر سينتيك شيميايي و مدل احتراقي بر تابع پاسخ شعله (FTF) يك توربين گاز پيش مخلوط رقيق سوز با استفاده از شبيه سازي LES

Investigation of the Effect of Chemical Kinetics and Combustion Model on the Flame Transfer Function of a Diluent Premixed Gas Turbine Using LES

يكي از روش­ هاي بررسي ناپايداري احتراق، شبيه­ سازي پاسخ شعله نسبت به نوسان­ هاي آكوستيكي است. در تحقيق حاضر به­ منظور مدل­ سازي نوسان­ هاي آكوستيكي، از روش تهييج مصنوعي «سرعت هارمونيك تك فركانس» در راستاي طولي استفاده شده است. بررسي اثر اين نوسان بر شعله، با حل عددي LES و در قالب تابع پاسخ شعله (FTF) بيان مي شود كه سينتيك شيميايي و مدل احتراقي، اثر به­ سزايي در تعيين اين تابع دارند. نتايج شبيه­ سازي احتراق براي شعله پيش مخلوط متان نشان داد با اينكه مدل احتراقي EDC همراه با سينتيك شيميايي 17 جزئي و 73 واكنش نسبت به مدل احتراقي TF همراه با سينتيك شيميايي 6 جزئي و 2 واكنش، 2 برابر هزينه محاسباتي بالاتري دارد، اما خطاي حل عددي براي محاسبه تابع FTF را تا زير 5 درصد كاهش مي­ دهد. پس از شبيه­ سازي بر اساس تبديل سريع فوريه از FTF، دامنه و فاز اين تابع محاسبه مي­ شود كه دامنه FTF دو مقدار بيشينه در20-30 هرتز و 170 هرتز و يك نقطه كمينه در 80-110 هرتز را نشان مي­دهد. ناپايداري احتراق از طريق حل معادله آكوستيك (هلمهولتز) و جايگذاري دامنه و فاز تابع FTF به­ عنوان ترم آزادسازي حرارت در اين معادله قابل بررسي است.

One of the methods of investigating combustion instability is to simulate the flame response to acoustic oscillations. In the present study, in order to model the acoustic oscillations, the artificial excitation method "single frequency harmonic velocity" in the longitudinal direction has been used. The effect of this oscillation on the flame is expressed by numerical solution of LES in the form of flame transfer function (FTF) that chemical kinetics and combustion model have a great effect on determining this function. The combustion simulation results for methane premixed flame showed that although the 17-component EDC combustion model has twice the computational cost compared to the 6-component TF combustion model, it reduces the numerical solution error for calculating the FTF function to less than 5%. After simulation by using Fourier transform of FTF, the amplitude and phase are calculated. The FTF amplitude shows two maximum values at 30-20 Hz and 170 Hz and a minimum point at 80-110 Hz. Combustion instability can be investigated by solving the acoustic equation (Helmholtz) and placing the amplitude and phase of the FTF function as the heat release term in this equation.