TEHETSÉGES HALLGATÓK AZ ENERGETIKÁBAN AZ ESZK ELŐADÁS-ESTJE Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével Kurucz Boglárka Gépészmérnök MSc. hallgató kurucz.boglarka@eszk.org 2015. ÁPRILIS 23.
Tartalom Bevezetés Modellalkotás lépései Geometria Térbeli diszkretizáció Szimulációs beállítások/eredmények Eredmények értékelése 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 2
Bevezetés Capstone C30-as mikro-gázturbina Tüzelőanyag: gázolaj Lezajló folyamatok Levegő beszívás/komprimálás Levegő előmelegítés Tüzelőanyag porlasztás Égés Forró füstgáz expanziója Füstgáz visszahűtés Égési folyamat modellezése Jelenleg is fejlesztési irány, kevés szakirodalom Szoftverek: Ansys ICEM Ansys FLUENT 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 3
Modellalkotás lépései Probléma meghatározása Geometria elkészítése (egyszerűsítések) Térbeli diszkretizálás (nagy gradiensű változásokra kiemelt figyelmet kell fordítani) Szimuláció lépései: 1. Peremfeltételek megadása 2. Konvergencia modell kiválasztása 3. Stabil áramlástani modell létrehozása 4. Tüzelőanyagcseppek bejuttatása 5. Kémiai reakciók figyelembe vétele 6. (Sugárzásos hőátadás) 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 4
Geometria 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 5
Térbeli diszkretizáció 92 049 cella Legkisebb méret (1,7 10-5 m 2 ) Legnagyobb méret (0,87 10-3 m 2 ) 203 773 cella Legkisebb méret (1 10-5 m 2 ) Legnagyobb méret (6,2 10-4 m 2 ) Diffúzoros rész hálózása 2014. április 17. 6 Tehetséges hallgatók az energetikában
Szimulációs beállítások Diffúzor nélküli kialakítás 1 bar (RSM-Stress Omega) Reynolds Stress modell Stress-omega Kompresszibilitás Sugárzásos hőátadás Simplec 1 bar (RSM-Stress Omega, SAS) Reynolds Stress modell Stress-omega (SAS) Kompresszibilitás Sugárzásos hőátadás Simplec 0,7 bar K-omega SST Sugárzásos hőátadás Simple 0,3 bar K-omega SST Coupled 2014. április 17. 7 Tehetséges hallgatók az energetikában
Szimulációs eredmények Diffúzor nélküli kialakítás 1 bar (RSM-Stress Omega) 1 bar (RSM-Stress Omega SAS) 0,7 bar 0,3 bar Tehetséges hallgatók az 2014. április 17. 8 energetikában
Szimuláció Diffúzoros kialakítás 1 bar/0,7 bar/0,3 bar 1bar K-epszilon modell Valós közeg Coupled 0,7 bar 0,3 bar Tehetséges hallgatók az 2014. április 17. 9 energetikában
Szimulációs eredmények Kialakítás p [Pa] T [K] v [m/s] r OH [kg/kg] K cs [m] 1 bar/dn/rsm 3,82 10 4 2330 666 2,29 10-3 4,05 10-5 1 bar/dn/sas 3,82 10 4 2330 563 2,29 10-3 6,08 10-5 1 bar/d 9,09 10 4 2360 521 2,72 10-3 9,13 10-7 0,7 bar/dn 1,42 10 6 1890 570 8,57 10-4 4,96 10-7 0,7 bar/d 1,79 10 5 2210 461 1,87 10-3 1,76 10-6 0,3 bar/dn 2,82 10 5 2120 360 1,83 10-3 5,65 10-7 0,3 bar/d 8,51 10 4 2120 336 1,64 10-3 8,19 10-7 Tehetséges hallgatók az 2014. április 17. 10 energetikában
Eredmények értékelése I. Adiabatikus lánghőmérséklet számolás Megmutatja, hogy adiabatikus körülményeket feltételezve (nincs hőelvonás, vagy hőhozzávezetés), a tüzelőanyagot az elméleti levegőszükséglettel elégetve, mekkora hőmérsékletű füstgáz keletkezik. t é = F + c ptü t tü t 0 + λ L 0 c pl (t l t 0 ) [V 0 + (λ 1) L 0 ] c pfg + t 0 [C ] Szükséges adatok 1 bar Dn/RSM 1 bar Dn/SAS 0,7 bar Dn 0,3 bar Dn 1 bar D 0,7 bar D 0,3 bar D T é [K] 2613,96 2567,43 2675,36 2710,41 2845,09 2806,08 2905,42 T max [K] 2330 2330 1890 2120 2360 2210 2120 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 11
Eredmények értékelése II. Összehasonlítás mért eredményekkel Spektrofotométer OH gyök eloszlás (0,7 bar) 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 12
Eredmények értékelése III. Hálófüggetlenségi vizsgálat Diffúzor nélküli kialakítás 3 gyengébb minőségű, 2 finomabb háló Vizsgált paraméterek Porlasztólevegő tömegárama Az OH gyök tömegarányának térfogatra vett integrálja A falfelületekre ható y irányú erő Turbulens kinetikus energia térfogatra vett integrálját A hőmérséklet teljes térfogatra vett integrálját Eredmény: A szimuláció erősen függ a háló minőségétől. 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 13
Továbbfejlesztési lehetőségek Fizikai modell fejlesztése Hálófüggetlenség további fejlesztése Háromdimenziós vizsgálat 2015. április 23. Tehetséges hallgatók az energetikában 14
Köszönöm a figyelmet! 2014. április 17. Tehetséges hallgatók az energetikában 15