Estudo numérico da termo-aerodinâmica de câmaras de combustão para turbinas a gás: aplicação ao caso de micro turbinas.
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Data de Publicação: | 2007 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) |
Texto Completo: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/1712 |
Resumo: | Este trabalho estuda o comportamento de uma câmara de combustão para uma micro turbina a gás na condição nominal e em regime permanente. Para isso, é desenvolvida uma metodologia que aplica a Dinâmica de Fluido Computacional com a função de determinar a distribuição de pressão, velocidade e temperatura, os quais são úteis para entender o comportamento termo aerodinâmico da chama e sua influência para o projeto da câmara de combustão. A câmara de combustão adotada é do tipo Anular. Foi projetada para operar com diesel e/ou querosene. Este equipamento aciona uma microturbina a gás da Solar Turbines com potência igual a 50 [kW], a qual está instalada no Laboratório de Sistemas Térmicos do NEST-UNIFEI. Devido ao fato deste equipamento poder apresentar escoamento turbulento e chamas híbridas (pré-misturadas ou não pré-misturadas), diferentes aproximações matemáticas são testadas para simular seu escoamento e seu processo de combustão. O fluido adotado é o gás natural, o qual é padrão para muitas pesquisas sobre combustão, uma vez que seu mecanismo de reação é bem conhecido e apresenta baixas emissões de poluentes. Os modelos de escoamentos turbulentos testados são k- ɛ, RNG k- ɛ e SST. Os modelos de combustão testados são Eddy Dissipation Model (EDM) e Laminar Flamelet Model (LFM). Os modelos de transferência de calor por radiação testados são Discrete Transfer Model e P1 Model. São realizados também estudos de validação destes modelos a fim de identificar os modelos mais precisos. O Software comercial adotado é ANSYS CFX v5.7®. A reação química do gás natural adota reação com duas etapas para o metano e o etano, porque representam sua principal composição química. A reação química da combustão é simulada pelo software GASEQ®, o qual é útil para determinar a concentração das emissões. As características termodinâmicas nas entradas e saídas dos componentes do ciclo térmico da micro turbina a gás são simuladas pelo software GateCycle® da GE. Desta forma, este trabalho permite também apresentar uma análise inicial para avaliar as potenciais modificações no projeto original para a câmaras de combustão, quando operam com diferentes combustíveis e seus efeitos no comportamento termo aerodinâmico da chama. |
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Este equipamento aciona uma microturbina a gás da Solar Turbines com potência igual a 50 [kW], a qual está instalada no Laboratório de Sistemas Térmicos do NEST-UNIFEI. Devido ao fato deste equipamento poder apresentar escoamento turbulento e chamas híbridas (pré-misturadas ou não pré-misturadas), diferentes aproximações matemáticas são testadas para simular seu escoamento e seu processo de combustão. O fluido adotado é o gás natural, o qual é padrão para muitas pesquisas sobre combustão, uma vez que seu mecanismo de reação é bem conhecido e apresenta baixas emissões de poluentes. Os modelos de escoamentos turbulentos testados são k- ɛ, RNG k- ɛ e SST. Os modelos de combustão testados são Eddy Dissipation Model (EDM) e Laminar Flamelet Model (LFM). Os modelos de transferência de calor por radiação testados são Discrete Transfer Model e P1 Model. São realizados também estudos de validação destes modelos a fim de identificar os modelos mais precisos. O Software comercial adotado é ANSYS CFX v5.7®. A reação química do gás natural adota reação com duas etapas para o metano e o etano, porque representam sua principal composição química. A reação química da combustão é simulada pelo software GASEQ®, o qual é útil para determinar a concentração das emissões. As características termodinâmicas nas entradas e saídas dos componentes do ciclo térmico da micro turbina a gás são simuladas pelo software GateCycle® da GE. Desta forma, este trabalho permite também apresentar uma análise inicial para avaliar as potenciais modificações no projeto original para a câmaras de combustão, quando operam com diferentes combustíveis e seus efeitos no comportamento termo aerodinâmico da chama.Estudo numérico da termo-aerodinâmica de câmaras de combustão para turbinas a gás: aplicação ao caso de micro turbinas.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisItajubáUniversidade Federal de Itajubá248 p.Micro Turbinas a GásCâmara de CombustãoCFDCentrais TermelétricasSmall Gas TurbinesCombustion ChamberThermal Electric Power PlantsNASCIMENTO, Marco Antonio Rosa doVILLA NOVA, Hélcio FranciscoEngenharia MecânicaConversão de EnergiaALENCAR, Harley SouzaPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia MecânicaALENCAR, Harley Souzaporreponame:Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)instname:Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)instacron:UNIFEIinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALtese_0031723.pdftese_0031723.pdfapplication/pdf10903446https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/1712/1/tese_0031723.pdff9c46c1935ae5442a5562cfaab0a6f37MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/1712/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52123456789/17122024-04-15 11:26:19.099oai:repositorio.unifei.edu.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unifei.edu.br/oai/requestrepositorio@unifei.edu.br || geraldocarlos@unifei.edu.bropendoar:70442024-04-15T14:26:19Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) - Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)false |
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