MÜNZ PÉTER SZAKDOLGOZAT

Átírás

1 MÜNZ PÉTER SZAKDOLGOZAT

2 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDAS[GTUDOM[NYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK SZAKDOLGOZATOK

3 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDAS[GTUDOM[NYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK MÜNZ PÉTER SZAKDOLGOZAT Folyadéktüzelésű g{zturbina fúvók{j{nak vizsg{lata Konzulens: Dr. Sztankó Kriszti{n Endre Egyetemi adjunktus Témavezető: Nagy L{szló Egyetemi tan{rsegéd Budapest, 2011

4 Szerzői jog Münz Péter, Szerzői jog Nagy L{szló, 2011.

5

6 NYILATKOZATOK Elfogad{si nyilatkozat Ezen tervezési feladat a Budapesti Műszaki és Gazdas{gtudom{nyi Egyetem Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszéke {ltal a Diplomatervezési és Szakdolgozat feladatokra előírt valamennyi tartalmi és formai követelménynek maradéktalanul eleget tesz. E tervezési feladatot bír{latra és nyilv{nos előad{sra alkalmasnak tartom. A bead{s időpontja: konzulens témavezető Nyilatkozat az ön{lló munk{ról Alulírott, Münz Péter (WCFMWU), a Budapesti Műszaki és Gazdas{gtudom{nyi Egyetem hallgatója, büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudat{ban kijelentem és saj{tkezű al{ír{sommal igazolom, hogy ezt a szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saj{t magam készítettem, és a szakdolgozat feladatomban csak a megadott forr{sokat haszn{ltam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint vagy azonos értelemben, de {tfogalmazva m{s forr{sból {tvettem, egyértelműen, a forr{s megad{s{val megjelöltem. Budapest, szigorló hallgató vii

7 TARTALOMJEGYZÉK Előszó... xi Jelölések jegyzéke...xiii 1. Bevezetés Célkitűzések [ttekintés Irodalomkutat{s, elméleti h{ttér G{zturbin{k működése Ide{lis és veszteséges g{zturbina körfolyamat A Joule-Brayton körfolyamat A valós{gos (veszteséges) g{zturbina körfolyamat Hat{sfoknövelő lehetőségek T3 hőmérséklet növelése T1 hőmérséklet csökkentése A kilépő közeg hőhasznosít{sa A Capstone C30-as g{zturbina G{zturbina tűzterek Tüzeléstechnikai h{ttérismeretek Alapok Égés fizikai jellemzői Égőterek kialakít{sa Égőtér követelmények Az égőterek kifejlesztésének gondolatmenete Égőterek típusai és fő részei Égőterek objektív jellemzői Porlasztók A porlaszt{s fizik{ja Alapok Cseppfelboml{s mechanizmusai Cseppméret eloszl{sok Porlasztók kialakít{sa Porlasztó követelmények Porlasztó típusok ix

8 3. A Numerikus modell Geometriai modellezés H{lógener{l{s H{lókészítés ICEM CFD-vel I/A v{ltozat: struktur{lt hexa I/B v{ltozat: hibrid tetra H{lókészítés ANSYS Workbench környezetben II/A v{ltozat: Tetra II/B v{ltozat: Hexa A modell futtat{sa Peremfeltételek Porlasztólevegő belépés (inlet_1) Tüzelőanyag belépés (inlet_2) Radi{lis furatok (inlet_3-inlet_6) és tangenci{lis rések (inlet_7- inlet_21) Tov{bbi sz{mít{sok Anyagtulajdons{gok sz{mít{sa Csepp méretek Elp{rolg{si idő Futtat{si esetek I.eset: Csak turbulenciamodell II. eset Species modell III. eset: DPM modell Eredmények értékelése Eredmények összehasonlít{si az irodalommal I. futtat{si eset: csak turbulenciamodell a) Be{raml{s a tangenci{lis réseken b) Be{raml{s a radi{lis furatokon II. Futtat{si eset: Species modell III. Futtat{si eset: Discrete Phase modell Összefoglal{s/Eredmények értékelése Eredmények Javaslatok/Következtetések/Tanuls{gok Felhaszn{lt forr{sok Irodalomjegyzék [br{k jegyzéke Summary Mellékletek (DVD-n)... 84

9 ELŐSZÓ Ma a vil{g technikai szempontból egy óri{si gonddal küzd, és ez nem m{s, mint a fosszilis energiahordozók készleteinek csökkenése. Életszínvonalunk fenntart{sa szempontj{ból létkérdés, hogy működő alternatív{kat tal{ljunk a jelenlegi energetikai megold{sokra. Éppen ezért nagy a jelentősége a megújuló tüzelőanyagok alkalmazhatós{g{val kapcsolatos kutat{soknak. A jelen szakdolgozat reményeim szerint hozz{ tud j{rulni eredményeivel egy ilyen kutat{shoz a g{zturbin{k területén. * * * Köszönetnyilv{nít{s Köszönettel tartozom témavezetőmnek, Nagy L{szlónak hasznos tan{csaiért, és a munk{mat nagyban segítő tanszéki PC-erőforr{s biztosít{s{ért. Köszönöm tov{bb{ konzulensem, Sztankó Kriszti{n segítségét mind ezen mind a kor{bbi szintén a g{zturbin{k témakörében végzett - TDK munk{mhoz. Végül, de nem utolsó sorban szeretném megköszönni szüleimnek, hogy t{mogatt{k tanulm{nyaimat. Budapest, Münz Péter xi

10 JELÖLÉSEK JEGYZÉKE A t{bl{zatban a többször előforduló jelölések magyar nyelvű elnevezése, valamint a fizikai mennyiségek esetén annak mértékegysége tal{lható. Latin betűk Jelölés Megnevezés, megjegyzés, érték Mértékegység A keresztmetszet mm 2, m 2 C aerodinamikai ellen{ll{stényező 1 cp izob{r fajhő J/(kgK) D {tmérő m, mm, m d {tfoly{si keresztmetszet {tmérője mm, m d hidraulikai {tmérő mm,m E energia J É égéshő MJ/kg F fűtőérték MJ/kg H hidrogén tartalom 1 entalpia H2O víztartalom 1 K kerület mm, m m tömeg{ram kg/s Oh Ohnesorge-sz{m 1 P teljesítmény W p nyom{s bar q fajlagos hőközlés J/kg Q hőteljesítmény kw, MW térfogati ar{nysz{m Rosin-Rammler eloszl{sn{l 1 q Rosin-Rammler eloszl{s paramétere 1 r p{rolg{shő J/kg Re Reynolds-sz{m 1 s fajlagos entrópia J/(kgK) SMD Sauter Mean Diameter (reprezentatív csepp{tmérő) m, mm T hőmérséklet K t idő s TA tömeg{ram-ar{ny 1 xiii kj

11 TPF turbine profile factor 1 u sebesség m/s U sebesség m/s v fajtérfogat m 3 /kg V térfogat m 3 w fajlagos munkavégzés J/kg {raml{si sebesség We Weber-sz{m 1 X Rosin-Rammler eloszl{s paramétere 1 p nyom{skülönbség, nyom{sveszteség bar m/s Görög betűk Jelölés Megnevezés, megjegyzés, érték Mértékegység turbina nyom{sviszony 1 hat{sfok 1 hull{mhossz mm légfelesleg tényező 1 elp{rolg{si konstans 1 dinamikai viszkozit{s Pas L0 L elméleti levegőszükséglet, valódi levegőszükséglet kglevegő/kgtüa. kompresszor nyom{sviszony 1 sűrűség kg/m 3 össznyom{sveszteségi tényező 1 felületi feszültségi tényező N/m

12 Indexek, kitevők Jelölés Megnevezés, értelmezés H T K be el Carnot Hcs min kezd é max tv tüa lev rel ell krit korr él A L elp hasznos turbina kompresszor bevezetett elvont Carnot-körfolyamatra vonatkoztatott hőcserélő minim{lis kezdeti égés maxim{lis térfogatra vonatkoztatott tüzelőanyag levegő relatív ellen{ll{s kritikus korrig{lt égés levegő air (levegő) liquid (folyadék) elp{rolg{si