INVESTIGATION OF SYNGAS OXY-COMBUSTION IN A GAS TURBINE MODEL COMBUSTOR

Abstract

في هذه الدراسة، تم إجراء دراسة تجريبية وعددية على نموذج مفاعل توربين غازى تحت الضغط الجوى. تم دراسة عملية الحرق بالأوكسجين للهب انتشارى لوقود الميثان المخصب بالهيدروجين (وقود غاز الميثان المخصب بالهيدروجين لتكوين غاز إصطناعى). تم إجراء دراسة إستقصائية لدراسة خصائص اللهب ودراسة تأثير السريان الدوامى خلال مدى من ظروف التشغيل. تم دراسة آثار نسبة التكافؤ، استهلاك الوقود، وتكوين الخليط المؤكسد على استقرار للهب، وهيكل اللهب، وتوزيعات درجة الحرارة. وقد أجريت الدراسة على مجموعة من نسب التكافؤ 0.55، 0.65 وو 0.75 ومجموعة من تكوين الوقود بنسبة100%CH4/0%H2 إلى 50%CH4/50%H2 وخليط مؤكسد (خليط من الأوكسجين وثانى أكسيد الكربون) من 0.0% حتى حدود إنطفاء اللهب. تم إعتبار درجات مختلفة لمولد الدوامات ذات زوايا ريشة مختلفة بما في ذلك 30o، 45o و 55o والمقابلة لأرقام دوامة تتراوح بين 0.44 و .1.10 تم اجراء الدراسة العددية باستخدام برنامج .ANSYS-Fluent النماذج المستخدمة لدراسة الاضطرابات، والإشعاع، وتوزيع العناصر هى k-ε (القياسي)، و discrete ordinate (تنسيق منفصلة)، و eddy-dissipation-concept (مفهوم تبديد الدوامة) على التوالي. تم استخدام آلية للتفاعلات تضم تفاعلات جونز ويندستيد المعدلة لحالات حرق الميثان بالأوكسجين و آلية تفاعل الهيدروجين لمارينوف وتم دمج تلك التفاعلات مع برنامج ANSYS عن طريق الإدخال فى صورة .CHEMKIN تم اعتبار الحل العددى متقارب عندما تكون بقايا حسابات المعادلات أقل من 10-3 لمعادلات الزخم و 10-6 للمعادلات الآخري. وأظهرت النتائج أن انطفاء اللهب حدث عند مستويات منخفضة جداً من الاوكسجين (20% أو أقل) عند مستوى تخصيب للهيدروجين حوالى 50٪ مما يشير إلى حدود استقرار واسعة عند استخدام الهيدروجين لتخصيب الوقود. من بين القيم المعتبرة تجريبياً من درجة الدوامة، أظهر مولد الدوامات ذات درجة ميل للريشة 30o أدنى مستوى من استقرار اللهب، وأعلى طول لهب، وأعلى درجة حرارة. من ناحية أخرى، فإن مولد الدوامات ذات درجة ميل للريشة 55o أظهر أعلى مستوى من الاستقرار مع طول لهب ودرجة حرارة معتدلين. أظهرت النتائج الرقمية التي تم الحصول عليها اتفاق جيد مع النتائج المعملية. أظهرت النتائج العددية ما يلى: حرق الميثان المخصب بالهيدروجين بالأوكسجين غير قابل للتحقيق عند مستوى 0.95 نسبة تكافؤ بسبب عدم استقرار اللهب، تم تعزيز الاستقرار بشكل كبير نتيجة تشكل منطقة إعادة تدوير داخلية، وكذلك تم تحقيق أداء أفضل لمفاعل التوربين الغازى من خلال استخدام مولد دوامات ذات درجة ميل للريشة 65o.