Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu xác thực CFD-CRN cho dự đoán phát thải NOx trong buồng đốt tuabin khí hòa trộn loãng
Tóm tắt
Dự đoán số học về sự hình thành NOx trong thiết bị đốt ngày càng trở nên quan trọng do các quy định nghiêm ngặt. Công trình này mô tả việc xác thực phương pháp CFD-CRN (Động lực học chất lỏng tính toán-Mạng lưới phản ứng hóa học) để dự đoán phát thải NOx cho thiết kế buồng đốt tuabin khí. Các mô hình CFD 3 chiều trạng thái ổn định của buồng đốt tuabin khí được tạo ra bằng phần mềm ANSYS FLUENT v14.5. Kết quả của mô phỏng CFD 3 chiều được trình bày, cung cấp cái nhìn sâu sắc về trường dòng chảy, nhiệt độ và phân bố tỷ lệ tương đương của buồng đốt tuabin khí hoạt động với khí tự nhiên (CH4). Các mạng lưới phản ứng hóa học (CRN) với 4 PSR cho mô hình đơn giản và 12 PSR cho mô hình chi tiết đã được phát triển dựa trên động lực học chất lỏng tính toán (CFD). Việc dự đoán phát thải khí thải trong mô hình CRN được thực hiện bằng cách sử dụng mã CHEMKIN và cơ chế động hóa chất GRI 3.0 hoàn chỉnh. Bài báo này thảo luận về việc xác thực mô phỏng CFD và phương pháp CFD-CRN bằng cách so sánh nhiệt độ và các loài hóa học dự đoán của cả hai mô hình. Các thử nghiệm mô hình buồng đốt đã được tiến hành ở các tỷ lệ tương đương khác nhau. Phát thải NOx tại lối ra của buồng đốt do CFD-CRN dự đoán được so sánh với các giá trị thực nghiệm. Dự đoán NOx chi tiết của CRN cho thấy sự phù hợp tốt hơn với các giá trị thực nghiệm so với dự đoán đơn giản của CRN. Tuy nhiên, CRN đơn giản cũng đưa ra những dự đoán hợp lý. Ngoài ra, phân tích con đường hình thành NO cũng được thực hiện để hiểu rõ hơn về sự đóng góp tương đối của bốn cơ chế hình thành NO.
Từ khóa
#NOx #CFD #CRN #buồng đốt tuabin khí #phát thải khí thải #mô phỏng động lực học chất lỏng tính toánTài liệu tham khảo
European Union (EU), Directive 2001/80/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2001 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants, Directive 2001/80/EC, EU: Brussels, Belgium (2001).
B. S. Brewster, S. M. Cannon, J. R. Farmer and F. Meng, Modeling of lean premixed combustion in stationary gas turbines, Progress in Energy and Combustion Science, 25 (4) (1999) 353–385.
H. Mohamed, H. Ben Ticha and S. Mohamed, Simulation of pollutant emissions from a gas-turbine combustor, Combust. Sci. Technol., 176 (5–6) (2004) 819–834.
E. M. M. Orbegoso, C. D. Romeiro, S. B. Ferreira and L. F. F. da Silva, Emissions and thermodynamic performance simulation of an industrial gas turbine, J. Propul. Power, 2 (1) (2011) 78–93.
K. B. Fackler, M. F. Karalus, I. V. Novosselov, J. C. Kramlich and P. C. Malte, Experimental and numerical study of NOx formation from the lean premixed combustion of CH4 mixed with CO2 and N2, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 133 (12) (2011) 121502.
M. Falcitelli, S. Pasini, N. Rossi and L. Tognotti, CFD + reactor network analysis: An integrated methodology for the modeling and optimization of industrial systems for energy saving and pollution reduction, Appl. Therm. Eng., 22 (8) (2002) 971–979.
I. V. Novosselov, P. C. Malte, S. Yuan, R. Srinivasan and J. C. Y. Lee, Chemical reactor network application to emissions prediction for industial dle gas turbine, ASME Turbo expo 2006: Power for Land, Sea, and Air, American Society of Mechanical Engineers (2006) 221–235.
I. V. Novosselov and P. C. Malte, Development and application of an eight-step global mechanism for CFD and CRN simulations of lean-premixed combustors, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 130 (2) (2008) 021502.
S. Lyra and R. S. Cant, Analysis of high pressure premixed flames using equivalent reactor networks for predicting NOx emissions, Fuel, 107 (2013) 261–268.
J. Park, T. H. Nguyen, D. Joung, K. Y. Huh and M. C. Lee, Prediction of NOx and CO emissions from an industrial leanpremixed gas turbine combustor using a chemical reactor network model, Energy & Fuels, 27 (3) (2013) 1643–1651.
D. Lee, J. Park, J. Jin and M. Lee, A simulation for prediction of nitrogen oxide emissions from lean premixed combustor, Journal of Mechanical Science and Technology, 25 (7) (2011) 1871–1878.
B. R. Lee, H. Kim, J. K. Park, M. C. Lee and W. S. Park, A study on NOx formation pathway of methane-air lean premixed combustion by using PSR model, Transaction of KSAE, 17 (5) (2009) 46–52.
A. Frassoldati, S. Frigerio, E. Colombo, F. Inzoli and T. Faravelli, Determination of NOx emissions from strong swirling confined flames with an integrated CFD-based procedure, Chem. Eng. Sci., 60 (11) (2005) 2851–2869.
A. B. Lebedev, A. N. Secundov, A. M. Starik, N. S. Titova and A. M. Schepin, Modeling study of gas-turbine combustor emission, Proc. Combust. Inst., 32 (2009) 2941–2947.
ANSYS, ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide, ANSYS: Canonsburg, PA (2011).
T. H. Shih, W. W. Liou, A. Shabbir, Z. Yang and J. Zhu, A new k-ε Eddy-viscosity model for high Reynold number turbulent flowsmodel development and validation, Compu. Fluids, 24 (1995) 227–238.
R. Sadanandan, M. Stöhr and W. Meier, Simultaneous OHPLIF and PIV measurements in a gas turbine model combustor, Applied Physics B, 90 (3–4) (2008) 609–618.
G. M. Kumar and J. B. R. Rose, Numerical comparative study on convective heat transfer coefficient in a combustor liner of gas turbine with coating, International Journal of Mechanical Engineering and Research, ISSN (2015) 0973–4562.
E. Ufot, B. T. Lebele-Alawa and K. D. H. Bob-Manuel, Influence of convection heat transfer coefficient on heat transfers and wall temperatures of gas-turbine combustors, International Journal of Applied Science and Technology, 1 (6) (2011).
E. W. Hansen and P.-L. Law, Recursive methods for computing the Abel transform and its inverse, JOSA A, 2 (4) (1985) 510–520.
G. P. Smith, D. M. Golden, M. Frenklach, N. W. Moriarty, B. Eiteneer, M. Goldenberg, C. T. Bowman, R. K. Hanson, S. Song, W. C. Gardiner Jr., V. V. Lissianski and Z. Qin, GRI-Mech, http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/.
F. Biagioli and F. Güthe, Effect of pressure and fuel–air unmixedness on NOx emissions from industrial gas turbine burners, Combustion and Flame, 151 (1) (2007) 274–288.
C. P. Fenimore, Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames, Symposium (International) on Combustion, Elsevier, 13 (1) (1971).