بررسی تأثیر زاویه تزریق گاز بر عملکرد پیش مخلوط کن سوخت و هوا با استفاده از شبیه سازی عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

 
 
در مقاله حاضر، تأثیر زاویه تزریق گاز در جریان هوا برای یک پیش ­مخلوط­کن سوخت و هوا از طریق شبیه­ سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه ­سازی ­ها با استفاده از نرم ­افزار ANSYS Fluent و در زوایای تزریقی در محدوده °90 (جریان عمودی) تا °180 (جریان مخالف) انجام گرفته است. برای بیان میزان یکنواختی مخلوط، متغیر شاخص یکنواختی، برای نسبت جرمی متان در مقاطع مختلف خروجی، محاسبه شده است. نتایج نشان داده است که در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق تا °165، یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می­شود. بعد از آن روند تغییرات معکوس شده، ولی دوباره، در حالت جریان مخالف، یکنواختی اندکی افزایش پیدا می ­کند. همچنین، میزان تأثیرگذاری زاویه تزریق وابسته ­به عدد رینولدز جریان هواست و با افزایش عدد رینولدز، تأثیر زاویه تزریق بر یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می­ شود. از طرف دیگر، میزان وابستگی عملکرد پیش ­مخلوط ­کن به عدد رینولدز جریان، در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق، کاهش می ­یابد، ولی باز هم با عبور از زاویه °165 دوباره افزایش پیدا می­ کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Injection Angle Influence on an Air/Fuel Premixer Performance Using Numerical Simulation

نویسندگان [English]

  • Reza Zarei
  • Mohsen Davazdah Emami
Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In the present article, the effect of injection angle of Methane gas into the air stream for an air/fuel premixer has been investigated by numerical simulations. The simulations have been done for injection angles from 90° or cross flow situation to 180°(counter flow) by the use of ANSYS Fluent software. Mixture uniformity was determined in terms of uniformity index of CH4 mass fraction at different outlet cross sections. Results have shown that firstly, mixture uniformity was increased with increase in injection angle which means approaching counter flow situation; after 165° angle this trend was inverted but in counter flow situation the uniformity increased once more. Moreover, it was shown that injection angle effectiveness depends on airflow Reynolds number and increases with an increase in Reynolds number. In addition, the dependence of premixer performance on Reynolds number at first decreases with increase in injection angle but rises again after 165° angle.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fuel
  • Air
  • Premixer
  • Injection angle
  • Uniformity
  1. C. Schrödinger, M. Oevermann, O. Krüger, A. Lacarelle and C. O. Paschereit, “CFD Modeling of the Influence of Fuel Staging on the Mixing Quality and Flame Characteristics in a Lean Premixed Combustor,” ASME Turbo Expo 2010 proceedings: Power for Land, Sea, and Air, No. 43970, 2010, pp. 777–789.
  2. V. D. Vasil’ev, L. A. Bulysova and A. L. Berne, “Effect of the air–fuel mixing on the NOх yield in a low-emission gas-turbine plant combustor,” Therm. Eng., 63, No. 4, 2016, pp. 246–252.
  3. A. Andreini, B. Facchini, A. Innocenti and M. Cerutti, “Numerical analysis of a low NOx partially premixed burner for industrial gas turbine applications,” Energy Procedia, 45, 2014, pp. 1382–1391.
  4. A. Andreini, M. Cerutti, B. Facchini and A. Innocenti, “CFD analysis of NOx emissions of a natural gas lean premixed burner for heavy duty gas turbine,” Energy Procedia, 81, 2015, pp. 967–976.
  5. P. Burattini, A. Talamelli and G. Tanzini, “Experimental analysis of the flowfield at the exit of a premixer for combustion applications,” Exp. Therm. Fluid Sci., 28, No. 7, 2004, pp. 781–789.
  6. W. W. Kim and S. Menon, “Numerical Modeling of Fuel/Air Mixing in a Dry Low-Emission Premixer,” in Recent Advances in DNS and LES, 54, 1999, pp. 257–268.
  7. K. Masashi, C. Jin-Do, K. Jang-Woo, H. Seung-Min, K. Seung-Mo and A. Chul-Ju, “Development of rapid mixing fuel nozzle for premixed combustion,” J. Mech. Sci. Technol., 23, No. 3, 2009, pp. 614–623.
  8. J. Zhang, Micro Injection Fuel / Air Premixer / Combustion, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Louisiana State University, 2007.
  9. Lacarelle A., Modeling, Control, and Optimization of Fuel/Air Mixing in a Lean Premixed Swirl Combustor using Fuel Staging To Reduce Pressure Pulsations and NOx Emissions, PhD thesis, Berlin, University atsverlag der TU Berlin, 2011.
  10. Ansys, Ansys Fluent. "14.0 Theory Guide." ANSYS inc, 2011.