Tüzelésmodellek értékelése ammónia esetén
A megújuló energiaforrások rendszerbe integrálása számos kihívás elé állítja napjaink mérnökét. Az időjárás függő termelők nem tudják kiegyenlíteni önmagukban az igényeket, valamint rendkívül nagymértékű szabályzási folyamatokat indukálnak. A megújulók részarányát mind a hazai, mind az Európai Unió célkitűzések alapján 2030-ra 40%-ra növelni tervezik. Továbbá az Europen Green Deal 2050 és a Nemzeti Energia Stratégia szintén a megújuló, alacsony károsanyag-kibocsátású, karbonsemleges energiatermelést tűzi ki célul.
Az e-fuel tüzelőanyagok túltermelés esetén a felesleges villamos energia átalakításával hozhatók létre, mint például a hidrogén, egyes biodízelek, ammónia stb., melyekből karbon-semleges hő vagy villamos energia állítható elő igény szerint. Ezen tüzelőanyagok felhasználásával, előállításával és tárolásával kapcsolatban azonban számos kérdés merül még fel. Az ammónia kalorikus gépekben történő felhasználását hozzávetőlegesen már 100 éve vizsgálják. Ennek oka, hogy a hidrogénnel ellentétben könnyebben szállítható és tárolható, valamint CO2 kibocsátása zérus. Az ammónia gázturbinákban történő elégetésének módszertana azonban koránt sem kiforrott. Fő hátránya, hogy tiszta ammónia égése során keletkező NOx mennyisége sokszorosa a szabályzásban előírtaknak. A stabilitási, valamint az NOx kibocsátásának csökkentésére vonatkozó vizsgálatokat numerikus szimulációk támogathatják. A jelenlegi egydimenziót meghaladó ammóniatüzelés-szimulációk nagy részben részletes reakciókinetikai modelleket alkalmaznak, melyek esetenként 100 feletti reakciólépésből és anyagból épülnek fel, jelentősen növelve így a számítási kapacitást. A turbulens égés folyamata egyszerűsített modellekkel is figyelembe vehető, azonban ezek korlátozottan használhatók, mely korlátok nem ismertek sem specifikusan sem általánosan.
Dolgozatomban az irodalomban megtalálható tüzelésmodelleket hasonlítottam össze Ansys Fluent szoftverkörnyezetben, melyek alkalmasak lehetnek az ammónia tüzelésének széles tartományon történő leírására egy erősen perdületes, szegényen előkevert égő esetén. A vizsgálatokat 0,79-es perdületszámú égőben, 1,43-as légfeleslegtényező és 15 kW tüzelési teljesítmény mellett végeztem el. Az eredményeket irodalomi mérési adatokkal validáltam. A geometria térfogati hálóját polyhedron és hexahedron cellákkal írtam le, majd hálófüggetlenségi vizsgálatot készítettem a részletes kémiai reakciók, így a megfelelő reakcióléptékek figyelembe vételével. A részletes reakciókinetikát tartalmazó modellt termokémiai valószínűségi sűrűség függvény alapú modellekkel vetetettem össze, melyek egyszerűsítik a kémiai egyenleteket, így a számítási időtartam jelentős mértékben lerövidül. Az időátlagolt tranziens eredmények összehasonlítása alapján, a Flamelet Generated Manifold modell megfelelő mértékben közelíti a részletes kémiai modell eredményeit.
szerző
-
Gyöngyösi Márton
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Füzesi Dániel
doktorandusz, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
