کنترل توربین گاز در شرایط غیر طراحی با استفاده از مدلسازی چند جزئی
چکیده
هدف پروژه حاضر تهیه مدل صفر بعدی از رفتار توربوماشین موتور، و پس از آن مدلسازی پدیده احتراق در محفظه، مراحل توربین، نازل و در نهایت تخمین میزان آلاینده های خروجی از موتور می باشد. پس از معرفی روش های متداول مدلسازی رفتار توربوماشین، به تشریح روش صفر بعدی پرداخته شده و رفتار اجزای توربین گاز به صورت جزء به جزء به صورت منحنی های مشخصه بیان شده است. با تعریف مفهوم سازگاری و استفاده از مشخصه های اجزاء، دستگاه های معادلات غیر خطی که بیان کننده رفتار صفر بعدی توربین گاز بوده در مورد یک موتور صنعتی و یک موتور توربوفن تشکیل و معرفی شده است. دستگاه های معادلات ذکر شده در دو شکل مسیله حالت دایم و حالت غیر دایم ارایه شده است. به دلیل غیر خطی بودن دستگاه های معادلات فوق، روش نیوتون-رفسون برای حل توصیه شده و به عنوان مثال، یک مسیله موتور صنعتی و یک موتور توربوفن معرفی و حل شده است. در ادامه به مسیله جریان واکنش دهنده عبور از محفظه احتراق، مراحل توربین و نازل پرداخته شده و با استفاده از رویکرد احتراق سینتیکی، ترکیب گازهار حاصل از احتراق در عبور از اجزای توربین گاز تخمین زده شده است. هدف نهایی تخمین میزان آلاینده های nox، co و هیدروکربن های نسوخته در خروج از نازل بوده که برای مدلسازی این مسیله، از تعریف شبکه رآکتورهای صفر بعدی استفاده شده است. اطلاعات مورد نیاز برای تعریف شبکه رآکتورهای صفر بعدی توزیع دما و فشار استاتیک و همچنین زمان اقامت گاز در اجزا می باشد که این مقادیر با استفاده از حل صفر بعدی توربوماشین و به کارگیری روش های دینامیک گازی و هندسه مسیله استخراج شده است. در پایان، مسیله احتراقی برای موتور توربوفن cf6-80a2 حل شده و نتایج حل (میزان آلاینده های خروجی از نازل داغ) با مقادیر تجربی حاصل از موتور فوق و همچنین 29 موتور مشابه دیگر مقایسه شده و مدل احتراقی مسیله از این طریق مورد اعتبار سنجی قرار گرفته و پس از ارایه نتایج، در مورد منابع خطا و همچنین روش های بهبود حل مسیله بحث و بررسی انجام شده است.