Προηγμένες Τεχνικές Μοντελοποίησης Καύσης σε Αεριοστρόβιλους

Abstract

Η ακριβής γνώση των φυσικών και χημικών φαινομένων που διέπουν την καύση στους αεριoστρόβιλους, αλλά και σε κάθε θερμική μηχανή, είναι πρωταρχικής σημασία προκειμένου στη συνέχεια είτε να προβούμε σε τεχνικές που μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου είτε να μελετήσουμε την επίδραση της σύνθεσης διάφορων συμβατικών και εναλλακτικών καυσίμων στα καυσαέρια που προκύπτουν από την καύσης τους. Υπό το πλαίσο αυτό στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την μοντελοπόιηση της καύσης στον υπολογιστή και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην περιγραφή της χημικής ισορροπίας με διάσταση των προϊόντων της καύσης για ακριβέστερη προσομοίωση. Στη συνέχεια μελετάται η επίδραση της χημικής διάστασης στις θερμοδυναμικές ιδιότητες του καυσαερίου με το λογισμικό χημικής ισορροπίας NASA CEA καθώς και σε επίπεδο μηχανής με το λογισμικό προσομοίωσης αεριοστροβίλων PROOSIS. Επίσης με το PROOSIS αναλύεται και ο αντίκτυπος της σύνθεσης του καυσίμου στους υπολογισμούς σχεδίασης προηγμένων μηχανών. Τέλος εξετάζονται οι προοπτικές χρήσης των εναλλακτικών καυσίμων στους αεριoστρόβιλους καθώς και οι δυσκολίες εφαρμογής τους σε βραχυπρόθεσμο και μαρκοπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα.

Accurate knowledge of physical and chemical effects that dominate in combustion in turbomachines,as well as in any thermal machine, are of significant importance in order eihter to go on in fuel consumption reduction techniques either to examine the effect of different fuel composition in the exhaust gas that arise from their combustion. Under this frame in the current diploma thesis different methods for combustion modelling in computer are examined and specific emphasis is given in describing chemical equilibrium with dissociation of the products of combustion for accurate simulation. Moreover the effect of chemical dissociation is examined in thermodynamic properties of exhaust gas with NASA CEA chemical equilibrium software as well as in engine level with PROOSIS turbomachine simulation software. Also the impact of fuel composition in design calculations of advanced engines is analyzed with PROOSIS. Finally, perspectives for alternative fuels in turbomachines and difficulties in application are examined in short and long term horizon.