Perdítőelem kialakítások égésre gyakorolt hatásának elemzése
Napjainkban egyre fontosabbá válik a hagyományos tüzelőanyagokkal üzemelő energiatermelő erőgép berendezések káros anyag kibocsátásnak csökkentése a környezetűnk megóvása érdekében.
Az energiatermelésre használt gázturbinák hagyományosan diffúz lángot használtak a nagy stabilitási tulajdonságaik és a megfelelő teljesítményük miatt, azonban igen magas a termikus NOx kibocsátásuk, amely a jelenlegi szabályozások értelmében nem elfogadható. Az új koncepciók jellemzően az előkevert égőket preferálják, ugyanis így nagyobb lesz az elégett-elégetlen frakciók részaránya. A perdítőelem segítségével pedig a láng stabilizálható, így homogén égés valósítható meg. Stacionárius, turbulens tüzelést perdítőelemmel ellátott égővel számos mérnöki alkalmazásban találunk egészen az erőművi gázturbináktól a repülőgépekig.
Az égés egy önmagában is összetett folyamat, ugyanis a termodinamikai és áramlási jelenségeken felül a reakciókinetika is szerepet játszik a láng kialakulásában. Az időfüggő folyamatok eleve oszcillációkhoz vezethetnek, melyek károsíthatják a berendezést. A dinamikus terhelés kézben tartása ma elengedhetetlen a manőverező képesség biztosításához, mely jelenleg korlátozottan lehetséges csak, a legtöbb hőerőgép csupán kitüntetett terhelési állapotokban tud hatékonyan működni. Annak érdekében, hogy a stabil láng létrejöjjön, és ne legyenek veszélyes instabilitások, szükséges, hogy a fenti megoldásokat a legmegfelelőbb paraméterek mellett alkalmazzuk.
Az alternatív folyékony és légnemű tüzelőanyagok egyaránt jól alkalmazhatók perdületes égőkben, azonban dolgozatom célja a perdítőelem hatásának a vizsgálata, ezért tüzelőanyagként földgázt alkalmazok, amelynek égése jól ismert az irodalomban, így referenciának tekinthető eset. A kutatás későbbi lépésében más tüzelőanyagokat is elemzek majd. A számításaimat ANSYS Fluent szoftverkörnyezetben végzem, az égőt egy hengeres vizsgálótérrel és egy perdítőelemmel látom el. 30 kW-os teljesítmény mellett elemzem a lángstabilitás feltételeinek teljesülését, valamint a lángsebességet, hőmérsékletet és az égés különböző összetevőinek alakulását. A megfelelő paraméterek megválasztása után a légfelesleg hatását mutatom meg a lángstabilitásra és az égéstermékekre vonatkozóan.
A geometriát perdítőelemmel ellátva kialakul a jellemző áramlási kép, a beesési szögek változtatásával pedig különböző lángkarakterisztikák különböztethetőek meg. Mivel a tranziens szimuláció jobban közelíti a valóságot a turbulens jelenségek miatt, a megfelelően beállított stacionárius számítások után ezt alkalmaztam.
A kapott eredmények előrevetítik egy kísérlet berendezés vizsgálatát, melyek validációként is szolgálhatnak a numerikus számításnak.
