بررسی اثر پارامترهای جریان بر توان خروجی میکروتوربین واحد توان کمکی بالگرد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری

2 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری

چکیده

در این پژوهش دمای داخل محفظه احتراق و اندازه­گیری توان خروجی میکروتوربین Solar T-62T-2A در شرایط طرح و خارج از طرح با استفاده از نرم­افزار تجاری انسیس فلوئنت مورد مطالعه قرار گرفته است. شناسایی عملکرد سامانه احتراقی در شرایط طرح و خارج از طرح، اولین گام برای تحلیل­ها و طراحی­های بهینه در آینده است. به منظور تحلیل شرایط عملکردی موتور، تغییرات دبی هوای ورودی و دمای ورودی به کمپرسور و دبی جرمی سوخت ورودی به محفظه بررسی شده­اند. در روش عددی جهت تحلیل پدیده احتراق، جریان بصورت سه بعدی، پایا، تراکم ناپذیر، لزج، آشفته و همراه با تشعشع در نظر گرفته شده است. در مدل­سازی احتراق، از مدل احتراقی غیرپیش­آمیخته و برای اعمال اثرات آشفتگی، از مدل  قابل تحقق استفاده شده است که در مسائل احتراقی، همخوانی خوبی با نتایج تجربی نشان می­دهد. همچنین به دلیل استفاده این موتور از سوخت مایع، اسپری سوخت در محفظه احتراق و تبخیر آن مدل گردیده است. مهم­ترین خصوصیت مدل استفاده شده این است که محدودیت‌های ریاضی مربوطه را در مدل نمودن تنش­های رینولدزی اقناع کرده و با فیزیک جریان آشفته سازگار و دارای دقت بیشتری بوده و مدل­سازی با آن واقعی­تر است و به همان نسبت هزینه محاسباتی بالاتری نیز دارد. بنابراین درک بهتری از فرایندهای فیزیکی حاصل می­شود. نتایج بدست آمده از حل عددی محفظه احتراق با نتایج ارائه شده توسط شرکت سازنده اعتبار­سنجی شده­اند. نتایج حاصل نشان می­دهد، به ازای دبی­های سوخت کمتر از 0/0125 کیلوگرم بر ثانیه، افزایش دمای هوای ورودی به کمپرسور منجر به افزایش توان اما به ازای دبی­های بالاتر از آن منجر به کاهش توان می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Stream Parameter on Output Power of helicopter’s APU

نویسندگان [English]

  • mehdi aghnia 1
  • mohammad aelaei 2
1 aeronutical university
2 astronautical; university
چکیده [English]

Today, with the advent of gas turbine technology due to pollution, environmental and resource constraints, the industry's urgent need to conduct studies on optimizing their performance and fuel consumption has become more urgent. Identifying combustion system performance on-site and off-site is the first step for optimized future analyzes and designs. This article is the first study on the performance of microturbines that has investigated numerically the T-62T-2A solar microturbine combustion chamber in and out of design. In order to investigate the operating conditions of the engine, the changes of the inlet air flow and inlet temperature to the compressor and the inlet mass flow rate to the chamber have been studied. For this purpose, the numerical method is used to analyze the temperature of the combustion chamber and the current is considered as three-dimensional, stable, incompressible, slimy, turbulent and with radiation. In combustion modeling, a non-pre-combustion combustion model has been modeled for the use of liquid fuel, a fuel spray in the combustion chamber and its evaporation in the Enes Fluent simulator. The results obtained from the numerical solution of the combustion chamber are validated with the results presented by the manufacturer. The results show that, for fuel discharges of less than 0.0125 kg / s, increasing the inlet air temperature leads to increased power, but for higher discharges, it reduces power.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas turbines
  • numerical simulation
  • Mass Flow
  • Output
[1] Aneel A., Guide for Calculation of the Tariffs for Energy Sale – Practice Tariffs, www.aneel.gov.br, 2003.

[2] Gosselin P., S. DeChamplain K., Kretschmer D., Three Dimensional CFD Analysis of a Gas Turbine Combustor, 36th AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, pp 11, Huntsville, Alabama, 2000

[3] Lee D., Yeh C., Tsuei Y., Jiag W., Chung Y., Numerical Simulation of Gas Turbine Combustor Flows, 26th AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference, Orlando, FL, USA, July 16 – 18, 1990.

[4] Nickolaus D. A., Croker D. S., Smith C. E., Development of a Lean Direct Fuel Injector for Low Emission Aero Gas Turbine, ASME Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, 2002.

[5] Levy, Yeshayahou, Vladimir Erenburg, Yakov Goldman, Valery Sherbaum, and Vitaly Ovcharenko. CFD assisted Design of Micro GT Combustor. In ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea, and Air, pp. 383-392. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2009.

[6] Guessab, A., A. Aris, T. Benabdallah, and N. Chami. Effect of Fuels on Gas Turbine Can-Type Combustor using CFD Code. Applied Numerical Mathematics and Scientific Computation (2014).

[7] Allen J. W., Low Nox Burner Designs, Proceedings of the American Power Conference, Vol. 60 – II, pp 869 – 874, 1998.

[8] Melick T. A. et al., Burner Modifications for Cost Effective Nox Control, Proceedings of the American Power Conference, Vol. 60 – II, pp 855 – 860, 1998.

[9] Yadigaroglu G. et al., Numerical and Experimental Study of Swirling Flow in a Model Combustor, Heat Mass Transfer Journal, Vol. 41, No. 11, pp. 1485-1497, 1998.

[10] Wakabayashi T. et al., Performance of a Dry Low Nox Gas Turbine Combustor Designed with a New Fuel Supply Concept, Engineering for Gas Turbines and Power Journal, ASME, Vol. 124, pp. 771-775, 2002

[11] M. Aligoodarz, Numerical simulation of SGT-600 of gas turbine combustor and flow field under operation condition, Journal of modeling in engineering, 10(31), (2013), 25-35.

[12] M, Aghnia, M. Sedighi, Identify defects and optimize Micro- turbine combustion chamber numerically, Master Thesis in aerospace engineering, Shahid Sattari air university, (2014)

[13] Lefebvre A. H., Gas Turbine Combustion, Mc-GrawHill Book Company, New York, USA, 1987.

[14] Melick T. A. et al., Burner Modifications for Cost Effective NOx Control, Proceedings of the American Power Conference, Vol. 61 – I, pp 478 – 482, 1999.

[15] Vandebroek L., Winter H., Berghmaus J., Numerical Study of the Auto Ignition Process in Gas Mixtures Using Chemical Kinetics, Heat Mass Transfer Journal, 2003.

[16] Fuller E. J., Smith C. E., CFD Analysis of a Research Gas Turbine Combustor Primary Zone, 30th AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint

Proceedings of the 3rd IASME/WSEAS Int. Conf. on Heat Transfer, Thermal Engineering And Environment, Corfu, Greece, August 20-22, 2005 (pp317-325)

 [17] Hamer A. J., Roby R. J., CFD Modeling of a Gas Turbine Combustor Using Reduced Chemical Kinetic Mechanisms, AIAA 1997 – 3242, 33rd AIAA ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Seattle, WA, USA, July 6 – 9, 1997.

[18] Jiang L. Y., Campell I., A Critical Evaluation Of Nox Modeling In A Model Combustor, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Vienna, Austria, GT 2004-53641, June 14-17, 2004.

[19] Koutsenko I. G., Onegin S. F., Sipatov A. M., Application of CFD-Based Analysis Technique For Design And Optimization of Gas Turbine Combustors, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Vienna, Austria, GT 2004-53398, June 14-17, 2004.

[20] Lyckama N. J. A., Komen E. M. J., Hermanns R. T. E., Goey L.P.H., Van Beek M.C., Verhage A.J.L., CFD Modeling Of Biogas Co firing In A Gas Turbine, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Amsterdam, The Netherlands, GT 2002-30103, June 03-06, 2002.

[21] Parente J., Anisimov G. M. V. V., Croce G., Micro Gas Turbine Combustion Chamber Design And CFD Analysis, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Vienna, Austria, GT 2004-54247, June 14-17, 2004.

[22] Dudebout R., Reynolds B., Khosro M. H., Integrated Process for CFD Modeling and Optimization of Gas Turbine Combustors, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Vienna, Austria, GT 2004-54011, June 14-17, 2004.

[23] Lai M. K., Reynolds R. S., Armstrong J., CFD-Based, Parametric, Design Tool For Gas Turbine Combustors From Compressor Deswirl Exit To Turbine Inlet, Proceedings of ASME Turbo Expo, Power for Land, Sea and Air, Amsterdam, The Netherlands, GT 2002-30090, June 03-06, 2002.

[24] Alencar H. S., Villanova H. F., Antonio Rosa M. N., Analysis of Flame Behavior in Small Combustion Chambers Using CFD, Proceedings of COBEM 2005, 18th International Congress of Mechanical Engineering by ABCM, Ouro Preto, Brazil, November 6-11, 2005

[25] AEA Technologies, CFX v5.7 Tutorial, www.ansys.com/cfx, 2005.

[26] Gosselin P., DeChamplain S. K., Kretschmer D., Three Dimensional CFD Analysis of a Gas Turbine Combustor, 36th AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, pp 11, Huntsville, Alabama, 2000

[27] Rizk N. K., Monglia H. C., Three dimensional Analysis of Gas Turbine Combustor, Jounal of Propulsion and Power, Vol. 7, No. 1, 1991.

[28] Shah N. G., New Method of Computation of Radiant Heat Transfer in Combustion Chambers, PhD Thesis, University of London, UK, 1979.

[29] Solar, Organizational, DS and GS maintaince manual auxiliary power unit (CH-47 HELICOPTERS), department of the army, 1968.

[30] Siegel R. e., Howell J. R., Thermal Radiation Heat Transfer, Heat Mass Transfer Journal, 1997.

[31] Stuttaford P. J., Preliminary Gás Turbine Combustion Design Using a Network Approch, PhD Thesis, Cranfield University, USA, 1997.