Perdítőelemek vizsgálata numerikus szimuláció segítségével
Az elmúlt évtizedekben a klímaváltozás és a környezet védelmének fontossága a társadalom egyik legmeghatározóbb kérdéskörévé nőtte ki magát. Ezzel összhangban az Európai Unió különböző emissziós célszámokat határoz meg az elkövetkező időszakokra a károsanyag-kibocsátás csökkentése érdekében. Elmondható ugyanakkor, hogy a világ primerenergia felhasználása folyamatosan növekszik, amely komoly kihívás elé állítja az energiaszektort. Következésképpen az emissziós célszámok elérése érdekében kiemelt fontosságú az égésen alapuló technológiák fejlesztése a károsanyag-kibocsátásának csökkentése, a lángstabilitás és a hatékonyság növelése érdekében. A technológiák fejlesztésével tisztább energiatermelés jöhet létre, amely a számos megújuló energiaforráson alapuló tüzeléses rendszer számára is rendkívül hasznosnak fog bizonyulni.
A szegényen előkevert perdületes égők egyik kulcseleme a perdítőelem, mellyel széles üzemi tartomány biztosítható. Ugyan az iparban már régóta alkalmaznak perdítőelemeket mind gázturbinákban, mind kazánokban, kialakításukra és tervezésükre vonatkozóan jelenleg nem áll rendelkezésre konkrét eljárás, leginkább tapasztalati módszerek alapján történik alkalmazásuk. A perdületes áramlás sajátossága, hogy az áramlási térben visszakeverési zónák alakulnak ki, amelyek rendkívül hatékonyak a stabil, alacsony károsanyag-kibocsátású tüzelés szempontjából, ugyanis hőt szállítanak az elégetlen keverék felé, azzal, hogy visszakeverik az elégett komponenseket. A perdítőelem lapátozása már önállóan hatással lehet a tüzelés paramétereire, amelyeket ebből kifolyólag érdemes vizsgálni különböző szögállás és kialakítás esetén.
Dolgozatomban egyenes lapátozású perdítőelemek geometriai kialakításának áramlásra és égésre gyakorolt hatásait vizsgáltam ANSYS Fluent szimulációs környezetben. Az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék laborjában található kísérleti mérőrendszerre tervezett axiális beömlésű perdítőelem lapátszögállását vizsgáltam. [1] A lapátszögállás változtatásával az erős és gyengén perdületes égési struktúrákat és a két eset közti átmenetet elemeztem. Az égés modellezéséhez egy termokémiai valószínűségű sűrűségfüggvény alapú tüzelésmodellt használtam. A számításokat tranziens esetre végeztem el, így az eredmények időátlagolt alakját értékeltem. Turbulencia modellnek a Scale-Adaptive Simulation modellt választottam meg. Az összehasonlítás során a lángalakban bekövetkező változásokra, a kialakult áramlási struktúrákra, a hőmérséklet- és OH* eloszlásokra, a perdületszám alakulására, valamint a kibocsátási értékekre fókuszáltam. Az eredményeimet a 45°-os lapátszögállás esetére validáltam mérési adatokkal.
[1] Füzesi Dániel - Józsa Viktor: Perdületes égő üzemének modellezése 45°-os és 60°-os perdítőelemek esetén . - In: Energiagazdálkodás, ISSN 0021-0757 , 2019. (60. évf.), 6. sz., 2-7. p.
szerző
-
Nagy Bence Balázs
Energetikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Füzesi Dániel
doktorandusz, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
