Gaz türbini yanma odasında hidrojen ve hidrokarbon yanmasının modellenmesi ve $NO_x$ oluşumunun incelenmesi

Özet

Bu çalışmada, ani genişlemeli ve konik girişli geometriye sahip iki farklı gaz türbin yanma odasında stokiometrik hava-yakıt karışım oranları için hidrojen, metan ve propan yanmasının sayısal akışkan dinamiği modellemesi yapılmıştır. Yanma odasının tam silindirik ve simetrik olması nedeniyle, sayısal akışkan dinamiği modellemesi iki boyutlu ve eksenel simetrik olarak yapılmıştır. Modelleme sonucunda sıcaklık dağılımları ve Nox dahil gaz konsantrasyonları detaylı olarak elde edilmiştir. En yüksek sıcaklık ve NOx miktarının hidrojen yanması sonucunda oluştuğu görülmüştür. Bu sonuçlara göre sıcaklığın az olduğu bölgelerde NOx emisyon değerinin, sıcaklığın yüksek olduğu bölgelerdeki NOx emisyon değerinden daha düşük olduğu, dolayısıyla da sıcaklıkla Nox emisyonu arasında doğru orantılı bir ilişki olduğu tespit edilmiştir. Gaz türbin yanma odasının stokiometrik hava-yakıt karışım oranlarında nümerik tahmininde maksimum sıcaklık seviyesinin hidrojen yanması durumunda alev bölgesinde 2053 K değerlerinde meydana geldiği belirlenmiştir. Bu durumun için NOx emisyon seviyelerinin diğer durumlardan daha yüksek olduğu ve yine alev bölgesinde 862 ppm değerlerinde olduğu belirlenmiştir.

Abstract

In this study, the combustion of hydrogen, methane and propane have been made by computational fluid dynamics modeling using two different gas turbine combustion chamber which having sudden expansion and conical entry geometries for stoichiometric air-fuel mixture ratio. As the combustion chamber is cylindirical and symetrical, computational fluid dynamics modeling was made two dimensional and axi-symetrical. As a result of modelling, temperature distributions, and gas concentrations including NOx emissions have been performed. It was shown that maximum temperature and maximum NOx has been occured at the hydrogen combustion. It was also shown that value of NOxemissions in low temperature zones are less than the value of NOx emissions in high temperature zones. It was obtained that the levels of maximum temperature and maximum NOx emission at the hydrogen combustion were 2053 K and 862 ppm, respectively.