Perdítőelemek égésre gyakorolt hatásának modellezése egy szegény keverékkel üzemelő perdületes égő esetén
A fosszilis tüzelőanyagok hasznosítása több évezredes múlttal rendelkezik. A széleskörű ipari alkalmazás 20. században jelentkezett az autók sorozatgyártásával, az elektromos hálózat bővülésével, az interkontinentális vízi kereskedelem fokozódásával, valamint a légiközlekedés megjelenésével. Az említett alkalmazások közül számosnak erőforrása a gázturbina, melyek modern változatai szegény, előkevert tüzelést valósítanak meg. A alkalmazott égők konstrukciós kialakításánal egyik lényegi eleme a perdítőelem, mely alacsony károsanyag kibocsátást és széles üzemi tartományt kínál. Maga az égés numerikus modellezése a termodinamika, áramlástan és reakciómechanizmusok együttes hatása miatt összetett probléma. Mindemellett a jelenség a legkedvezőbb üzemállapotban kvázistacionárius, tehát tranziens megközelítést igényel. A perdületes égés áramlási struktúrája egy belső és egy külső recirkulációs zónából áll, ahol elsősorban a beslő recirkulációs zóna biztosítja a szabad gyök- és hőtranszportot az elégetlen keverék felé.
A perdítőelem hatását a modellezési komplexitás miatt általában elhanyagolják a szakirodalomban különböző analitikus, közelítő összefüggéseket alkalmazva. A jelenlegi vizsgálat célja a valós geometria égésre gyakorolt hatásának értékelése, kifejezetten vizsgálva a tanszéki OTKA-FK 124704 kódszámú pályázatban fejlesztett égőkonstrukciót és annak perdítőelemét. Mivel a berendezés üzemképes, így az eredmények ellenőrzésére van validációs lehetőség.
Dolgozatomban valós, axiális elrendezésű perdítőelemek lapátszögállásának áramlásra, és így a kialakult lángképre gyakorolt hatását vizsgálom földgáz tüzelés esetén numerikus áramlástani modellezés segítségével Ansys Fluent szoftverkörnyezetben. Középpontba az előzetes számítások és tapasztalat alapján az erősen perdületes égés került, ugyanis így könnyen biztosítható a tüzelés szempontjából kívánatos V alakú láng.
A perdítőelem bonyolultabb kialakítása miatt a geometriát strukturálatlan tetrahálóval bontottam fel. Az égés és a perdületes áramlás tranziens jellege, valamint a kialakuló nyírás hatása miatt a k-ω SST turbunecia modellt alkalmaztam. Tranziens számítás esetén az ún. Scale Adaptive Simulation modellt használtam. Elsődlegesen égés nélkül vizsgáltam a keverőcsőben kialakult viszonyokat, majd a megfelelő struktúrák lángképre gyakorolt hatását elemeztem. A tüzelőanyag égés során végzett reakcióit egy termokémiai valószínűségi sűrűségfüggvénnyel vettem figyelembe. A kapott eredményeimet 0D-s tüzeléstechnikai számítással és mérésekkel ellenőriztem.
