Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Optimization of the combustion chamber strength of aluminum pistons in diesel engines using the DuralBowl technology

Żurawski Paweł

Combustion Engines

|

2023

|

R. 62, nr 1

91--96

EN

The article focuses on the problem of loading the combustion chamber of diesel engine pistons together with the method of its optimization using the DuralBowl technology. Along with the growing requirements of exhaust emission standards, the increasing competition in the efficiency of internal combustion engines, the load on the combustion pistons increases due to the increase in pressure and temperature of fuel combustion and the tendency to slim the structure. Numerical analyzes and analyzes of damaged pistons in diesel engines have shown that one of the places most exposed to piston damage are the combustion chambers. There is a concentration of thermomechanical stress at the edge of the combustion chamber, which may lead to the destruction of the piston and the necessity to carry out overhaul of the drive unit. One of the technologies that optimizes the strength of this zone is the DuralBowl local remelting process. This process allows for several timesimprovement in the fatigue strength of pistons in internal combustion engines. The article analyzes the thermomechanical load on the combustion chamber along with the impact of this load on the durability of pistons in diesel engines. An analysis of the DuralBowl process was also performed, aimed at eliminating the negative effects of loading the combustion chamber, extending the piston life. The analysis focused on the microstructure of the material before and after the DuralBowl process.

2

Numerical study of internal flue gas recirculation system applied to methane-hydrogen powered gas microturbine combustor

Fąfara Jean-Marc, Modliński Norbert

Combustion Engines

|

2023

|

R. 62, nr 1

63--77

EN

Sources of renewable energy have been increasingly used all over the world. This kind of energy is highly desirable because of its unlimited availability. Unfortunately, renewable energy production very much depends on weather conditions. Consequently, it is necessary to store the produced excess energy in order to use it when needed. There is a technology able to produce a hydrogen/methane fuel from excess renewable energy, which may be stored. This technology is called the Power-to-Gas technology (P2G). Since the efficiency of this technological process depends on the hydrogen fraction in the renewable energy fuel, there is a need to increase this fraction. Concurrently, the gas microturbine technology is increasingly widely used in various industries (aviation, energy, automotive, military, etc). The P2G technology and the gas microturbine technology are likely to be integrated in the near future and, as mentioned above, the hydrogen fraction in the methane-hydrogen fuel will tend to increase. In order to power a gas microturbine with the methane-hydrogen fuel, it will be necessary to modify the combustor to avoid an excessive temperature increase and flashbacks. In this paper it is proposed to apply an autonomous internal exhaust gas recirculation system to resolve the hydrogen combustion problems indicated above. The operating principle and the proposed design of the recirculation system and the latter’s impact on the combustor’s operating parameters and emissivity (NOx and CO) are presented.

3

Aspekt energetyczny działania komór spalania okrętowych turbinowych silników spalinowych

Girtler Jerzy

Journal of Polish CIMEEAC

|

2022

|

Vol. 17, no 1

44--57

PL

Przedstawiono zmodyfikowaną propozycję wartościowania (ilościowego określenia) działania komór spalania turbinowych silników spalinowych z uwzględnieniem zachodzących w nich oddziaływań energetycznych. Propozycja ta uzupełnia i uściśla rozważania zawarte w publikacji [4]. Przedstawione rozważania bazują na fakcie, że w komorach spalania tego rodzaju silników spalinowych zachodzi przekształcanie energii chemicznej zawartej w dostarczonym do niej paliwie (ściślej – energii chemicznej zawartej w mieszaninie paliwowo-powietrznej powstałej w tej komorze) na energię wewnętrzną spalin i związaną z nią ich energię ciśnienia powstających podczas spalania paliwa. Ta forma przemiany energii została nazwana ciepłem (Q). Ciepło Q odniesione do jednostki czasu t spalania paliwa zostało nazwane strumieniem ciepła (Q). Przyjęto także, że w przestrzeniach między łopatkowych wirnika turbiny zachodzi proces zamiany części energii wewnętrznej spalin, ale tylko tej, którą jest energia kinetyczna ich cząstek będących w ruchu cieplnymi (czyli energia termiczna) i wynikającą z niej energię ciśnienia na energię kinetyczną ruchu obrotowego tegoż wirnika. Zwrócono uwagę, że proces ten może być nieprawidłowy, w przypadku niewłaściwego działania komory spalania. Działanie komory spalania turbinowego silnika spalinowego zostało w tym artykule zinterpretowane, jako przetwarzanie energii chemicznej spalanego paliwa na energię wewnętrzną powstających spalin w ustalonym czasie. Wartościowanie tak rozumianego działania komór spalania tego rodzaju silników spalinowych, zaproponowane w tym artykule, polega na określeniu ilościowym tego działania za pomocą wielkości fizycznej, którą cechuje wartość liczbowa z jednostka miary nazwana dżulosekundą [dżul x sekunda]. Do oceny procesu pogarszania się działania komór spalania dowolnego turbinowego silnika spalinowego zaproponowano podejście statystyczne, w którym zastosowano estymację przedziałową wartości oczekiwanej E(Qt) ciepła w chwili t oraz modele deterministyczny i probabilistyczny oceny działania komory spalania, przy czym do opracowania modelu probabilistycznego zastosowano jednorodny proces Poissona. Wspomniane ciepło jest interpretowane jako forma (sposób) przemiany w komorze spalania silnika energii chemicznej mieszaniny paliwowo-powietrznej na energię wewnętrzną i związanej z nią energię ciśnienia spalin uzyskaną podczas spalania w niej paliwa.

4

Numerical simulation of the exit temperature pattern of an engine using a temperature-dependent turbulent Schmidt number

Kravchenko Igor F., Kozel Dmytro V., Yevsieiev Serhii A.

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 3 (264)

34--46

EN

This paper presents a numerical simulation for predicting the combustor exit temperature pattern of an aircraft engine, developed using the commercial fluid simulation software Ansys Fluent, which assumes a shape probability density function for the instantaneous chemistry in the conserved scalar combustion model and the standard k-ε model for turbulence. We found the compliance of the radial and circumferential non-uniformities of the exit temperature with the experimental data to be insufficient. To achieve much more accurate result, the mixing intensity was enhanced with respect to the initial calculation due to using the reduced value of the turbulent Schmidt number Sc. Numerical simulation was performed for values of the turbulent Schmidt number from Sc = 0.85 (default) up to Sc = 0.2, with results confirming the reduction of radial and circumferential non-uniformities of exit temperature. However, correlation between radial and circumferential non-uniformities is not admissible for these cases. Therefore, we propose to use a temperature-dependent formulation of the turbulent Schmidt number Sc, accounting for the increase in Sc number with increasing gas temperature. A user defined function (UDF) was used to implement the Sc number temperature dependence in Ansys Fluent. The numerical results for the proposed Schmidt number Sc temperature dependence were found to be in acceptable agreement with the experimental data both for radial and circumferential non-uniformities of the exit temperature pattern.

PL

W niniejszym artykule przedstawiono symulację numeryczną do przewidywania rozkładu temperatury przy wylocie z komory spalania silnika lotniczego, opracowaną przy użyciu komercyjnego oprogramowania Ansys Fluent. Przyjęto funkcję gęstości prawdopodobieństwa kształtu dla natychmiastowych reakcji chemicznych w zachowanym skalarnym modelu spalania oraz standardowy model k-ε dla turbulencji. Stwierdzono niewystarczającą zgodność niejednorodności promieniowych i obwodowych temperatury wylotowej z danymi eksperymentalnymi. W celu uzyskania bardziej dokładnego wyniku, intensywność mieszania została wzmocniona w stosunku do początkowych obliczeń w związku z zastosowaniem zredukowanej wartości turbulentnej liczby Schmidta Sc. Symulacje numeryczne zostały przeprowadzone dla wartości turbulentnej liczby Schmidta od Sc = 0,85 (domyślnej) do Sc=0,2, z wynikami potwierdzającymi redukcję niejednorodności promieniowej i obwodowej temperatury wylotowej. Jednakże korelacja pomiędzy niejednorodnością promieniową i obwodową nie jest dopuszczalna dla tych przypadków. Zaproponowano więc, żeby liczb turbulencji Schmidta Sc była ujęta w sposób uzależniony od temperatury, z rosnącym liczby Sc wraz ze wzrostem temperatury gazu. Posłużono się funkcją zdefiniowaną przez użytkownika (UDF) w oprogramowaniu Ansys Fluent w celu implementacji zależności liczby Sc od temperatury. Wyniki numeryczne otrzymane dla zaproponowanej zależności liczby Schmidta od temperatury były w akceptowalnej zgodzie z danymi eksperymentalnymi zarówno dla niejednorodności promieniowej, jak i obwodowej temperatury wylotowej.

5

Numerical investigation of the internal flue gas recirculation system applied to methane powered gas microturbine combustor

Fąfara Jean-Marc, Modliński Norbert

Combustion Engines

|

2021

|

R. 60, nr 4

21--29

EN

The gas microturbines gain significance in various industry sectors. One of their most crucial advantages is the capability of utilizing variety of fuels. At the same time, the emissions regulations become increasingly strict. This is why there is a need to look for a new technological solution to limit the emissions of selected substances, like carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx). The internal recirculation of the flue gases is well known to limit the temperature peak and for the homogenization of the temperature field gradient in different combustion chambers. This paper presents a numerical investigation of a novel internal flue gas recirculation system applied to gas microturbine combustors. The ability to perform an internal exhaust gases recirculation by adding a combustor internal pipe system was verified numerically. This paper exposed the numerical investigation methods and obtained results. The study presents the concept and results performed on three cases of internal exhaust gases recirculation systems applied to a reference combustor. The work permitted to demonstrate numerically that it is possible to perform an autonomous exhaust gases recirculation inside gas micro-turbine combustor at a maximum global rate of 0.51%, and that the recirculation system has an impact on the combustion processes without specially modifying the combustor work parameters.

6

Impact of pressure drop in combustion chamber on gas turbine performance

Herdzik Jerzy

Journal of civil engineering and transport

|

2020

|

Vol. 2, No. 3

131--138

EN

Paper discusses the problem of pressure drop in the process of working medium flow through combustion chamber of gas turbine. The pressure loss is an internal disadvantage of combustion chamber depends on many parameters, especially the chamber design and working gas flowrate. There is a problem to calculate the parameters of working medium in characteristic points of gas turbine thermodynamic cycle because the total pressure before and after combustion chamber is not known. There is a lack of information from manufacturer about it and in publications as well (mainly no experimental data, only theoretical considerations). It will be important information because the pressure drop has an meaningful influence on gas turbine performance. The paper presents an estimation of decreasing the performance of gas turbine from discussed reason. Author of that manuscript recognized the necessity of showing the importance of that parameter and turning the attention to not fully recognized problem.

PL

W artykule omówiono problem spadku ciśnienia w procesie przepływu czynnika roboczego przez komorę spalania w turbinie gazowej. Spadek ciśnienia jest wewnętrzną wadą turbiny zależną od wielu parametrów, głównie od projektu komory i natężenia przepływu gazu przez nią. Problemem jest wyznaczenie parametrów cyklu termodynamicznego turbiny w charakterystycznych punktach, ponieważ nie jest znane całkowite ciśnienie przed i za komorami spalania. Występuje brak tej informacji ze strony producenta urządzenia, jak i również w publikacjach naukowych (brak danych eksperymentalnych, tylko rozważania i modelowania teoretyczne). Jest to ważna informacja, ponieważ spadek ciśnienia w komorze spalania ma istotny wpływ na osiągi turbiny gazowej. W artykule przedstawiono oszacowanie obniżenia osiągów turbiny z omawianego powodu. Autor artykułu uznał potrzebę zwrócenia uwagi na ten parametr i nie do końca rozeznany problem.

7

Temperature estimating method for exhaust gases in valveless pulsejet engine

Trzeciak Adrian, Gieras Marian

Combustion Engines

|

2020

|

R. 59, nr 3

3--9

EN

The article describes the problem of measuring the temperature in a pulse combustion chamber. The object of the study is a valveless pulsejet. The problem is analysed on the example of exhaust gases temperature measurement. The measurement in these conditions requires the use of a sensor resistant to large changes in gas velocity and temperature and at the same time with adequatly low inertia. This excludes the use of fast and precise yet thin, resistant wire sensors or ultrafast thin film thermocouples. Finally, a temperature measurement system based on sheated thermocouples was chosen. During each test the thermocouple has its own temperature which is different from the medium temperature. In order to properly determine the measured temperature of flowing media it is necessary to take the sensor time characteristics into account. In this article the iteration method is proposed to solve this problem.

8

Small scale gas turbine combustor sizing

Czarnecki Michał

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2019

|

R. 20, nr 1-2

180--184

PL

Prezentowany artykuł dotyczy projektowania wstępnego komór spalania silników turbinowych klasy mikro. W odróżnieniu od metodyki projektowania komór spalania dużych komercyjnych silników turbinowych, ich mniejsze odpowiedniki należą do konstrukcji eksperymentalnych. Aby dokonać próby budowy na miarę uniwersalnego modelu obliczeniowego należy zbudować bazę wiedzy która pozwoli na jasne wyznaczenie warunków brzegowych dla przyszłych badań. Niewątpliwą zaletą wzorowania się na istniejących rozwiązaniach jest możliwość szybkiego uzyskania prototypowego rozwiązania, bez konieczności głębszego wnikania w skomplikowany mechanizm spalania paliwa w komorach o małej objętości.

EN

Presented article is focused on initial design of small scale combustors for micro scale jest engines. In comparison to the full size equivalent, small combustor are design and manufactured in experimental way. To try building universal numeric model for micro size design is important to acquire as many data as possible to identify boundary conditions for a model. Major advantage of analyzing different design is possibility to quick building prototype design without investigating complex process of combustion.

9

Stanowisko do badania turbogeneratorów

Miąskowski W., Nalepa K., Kowalczyk P., Adamowicz K.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 7

588--590

PL

Przedstawiono tok postępowania podczas projektowania stanowiska badawczo-dydaktycznego do badania turbogeneratorów gazowych. W procesie projektowania zostało wykorzystane środowisko SolidWorks. Przeprowadzono niezbędne analizy inżynierskie, takie jak: rozważania koncepcyjne, obliczenia obiegu termodynamicznego turbogeneratora, bilans energetyczny, obliczenia sprawności urządzenia i obliczenia wytrzymałościowe ramy konstrukcji. Obliczenia wytrzymałościowe wykonano w środowisku SolidWorks z dodatkiem Simulation.

EN

Presented is the designing procedure of the research and teaching stand for testing of exhaust-driven turbogenerators. The SolidWorks environment was used in the design process. The necessary engineering analyses were carried out, such as: conceptual consideration, calculations of the turbogenerator thermodynamic circuit, energy balance, device efficiency calculations, strength calculations of the structure frame, etc. The strength calculations were carried out using SolidWorks software with Simulation package.

10

Energetyczne ujęcie działania komór spalania okrętowych silników spalinowych tłokowych i turbinowych

Girtler J.

Journal of Polish CIMEEAC

|

2018

|

Vol. 13, no 1

30--46

PL

Przedstawiono propozycję wartościowania (ilościowego określenia) działania komór spalania tłokowych i turbinowych silników spalinowych z uwzględnieniem zachodzących w nich takich rodzajów przemiany energii jakimi są ciepło i praca. Przedstawione rozważania bazują na fakcie, że w komorach spalania tego rodzaju silników spalinowych zachodzi przekształcanie energii chemicznej zawartej w dostarczonym do niej paliwie (ściślej – energii chemicznej zawartej w mieszaninie paliwowo-powietrznej powstałej w tej komorze) na energię wewnętrzną spalin powstających podczas spalania paliwa. Ta forma przemiany energii została nazwana ciepłem indykowanym (Qi). Ciepło Qi odniesione do jednostki czasu t spalania paliwa zostało nazwane strumieniem ciepła ( Qi). Zwrócono uwagę, że proces spalania paliwa w komorach spalania obu rodzajów silników może być nieprawidłowy, w przypadku niewłaściwego działania ich wtryskiwaczy, co jest równoznaczne z nieprawidłowym działaniem tych komór. Działanie dowolnej komory tłokowego bądź turbinowego silnika spalinowego zostało w tym artykule zinterpretowane, jako przetwarzanie energii chemicznej zawartej w paliwie na energię wewnętrzną powstających spalin podczas spalania paliwa w ustalonym czasie. Wartościowanie tak rozumianego działania komór spalania tego rodzaju silników spalinowych, zaproponowane przez autora tego artykułu, polega na określeniu ilościowym tego działania za pomocą wielkości fizycznej, którą cechuje wartość liczbowa z jednostkę miary nazwaną dżulosekundą [dżulxsekunda]. Do oceny procesu pogarszania się działania komór spalania dowolnego tłokowego bądź turbinowego silnika spalinowego zaproponowano model w formie jednorodnego procesu Poissona.

11

Pneumatyczny sensor szczelności komory roboczej silnika spalinowego

Bielawski P., Boćkowski C.

Badania Nieniszczące i Diagnostyka

|

2018

|

nr 3

16--18

PL

Nieszczelność komory roboczej spowodowana jest przeciekami czynnika roboczego między tłokiem i tuleją, na zaworach i między głowicą i tuleją. Przyczyną wzrostu nieszczelności jest zużycie, a przyczyną uszkodzeń elementów może być nadmierny przeciek. Opisano obecnie oferowane urządzenia do oceny szczelności komory roboczej silników. Wskazano na możliwość rozwoju tych urządzeń. Opisano budowę przedprototypowego, pneumatycznego sensora komory roboczej. Przedstawiono wyniki badań szczelności komory roboczej małego silnika spalinowego.

EN

Tightness of the working chamber is caused by leakage of the working medium between the piston and bushing, on the valves and between the head and the sleeve. The reason for the increase in leakage is wear, and the cause of damage to the chamber components may be excessive leakage. A currently offered equipment for assessing the tightness of the combustion chamber has been described. The possibility of developing these equipment was indicated. The construction of a pre-prototypical, pneumatic leak sensor of the combustion chamber has been described. The results of leak testing of the working chamber of a small combustion engine are presented.

12

Muły węgla kamiennego - odpad czy cenne paliwo?

Maj I., Ostrowski P., Kudlek E.

Nowa Energia

|

2017

|

nr 2

22--24

PL

W artykule zaprezentowano badania dotyczące termicznej konwersji mułu węgla kamiennego przy użyciu spalin jako czynnika konwertującego. Ideą procesu jest recyrkulacja powstałego gazu palnego (syngazu) do komory spalania kotła, z którego pobierane były spaliny. Celem badań jest określenie przydatności mułów do pośredniego spalania w kotłach energetycznych oraz opracowanie zaleceń do prowadzenia procesu w skali przemysłowej.

13

Inflammability evaluation of hydrocarbon fuels mixtures formed directly in the combustion chamber

Sidorowicz M., Pielecha I.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 3

57--65

EN

The proposed article involves an investigation of the processes taking place during the preparation of mixed fuels that are combined directly before combustion. The fuel dose formed in this way must take into account the qualitative and quantitative composition of the fuels and the amount of air in the process. Given that liquid fuels similar to gasoline (e.g. methanol, ethanol, butanol) are characterized by different properties, their comparison would be useful in order to use their ratio to influence the combustion process. The process of fuel preparation plays a decisive role in this issue. The article describes abilities of modelling the injection of various fuels simultaneously to the combustion chamber for creating fuel mixture directly before ignition. First part of the article consists of analysis of light hydrocarbon fuels mixing abilities, supported with present research data. Next part describes the evaluation of execution of the assumed system – two fuel injectors with analysis of spray penetration. The modelling of the injection and spray was performed in the AVL FIRE 2014.2 environment and the results were presented. The injection possibility was proven by injecting the fuel to the combustion chamber model. Local values of air-fuel ratio, density and ambient pressure were presented to better understand the potential in mixing fuels directly before ignition. The conclusion includes description of fuel mixing abilities, influence of various fuels on creation of a stratified mixture and definition of controllability of charge ignition.

14

Improvement of energy balance in automotive vehicle, based on combustion engine losses

Olszowiec P., Luft M., Łukasik Z.

Archives of Transport System Telematics

|

2017

|

Vol. 10, iss. 1

33--37

EN

The paper presents an innovative method to increase the overall effi ciency of the internal combustion engine. The presented method is based on the kinetic energy derived from the fl ow of exhaust gases in the exhaust system of the internal combustion engine. Th is energy is used to drive a high speed turbogenerator which is integrated with the gained energy system management. Such a system, which uses energy otherwise lost in the engine exhaust system, allows the acquisition of additional electrical energy. As a result, it improves the energy balance of a motor vehicle. Th is is particularly important in a situation of constantly expanding system of electric receivers in vehicles. Th e paper presents an analysis of the research results of the system of energy recovery, carried out on turbo supercharged engine with spark ignition. Th e article also gives the research results on the impact of the proposed system on the environment.

15

Analiza wybranych wskaźników pracy silnika dwuprzepływowego z dwiema komorami spalania

Jakubowski R., Kuźniar M.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2016

|

R. 23, nr 12

100--105

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań numerycznych porównujących efektywność pracy klasycznego silnika dwuprzepływowego oraz silnika dwuprzepływowego z dwiema komorami spalania. Na wstępie podano istotne informacje dotyczące konstrukcji silnika dwuprzepływowego z dodatkową komorą spalania usytuowaną pomiędzy turbiną wysokiego i niskiego ciśnienia i wynikające stąd korzyści eksploatacyjne silnika. Przedstawiono zasadnicze różnice w modelu silnika z dwiema komorami spalania oraz przeanalizowano ich wpływ na osiągi silnika. Wykonano symulacje komputerowe pracy silnika z dwiema komorami spalania i porównano je z wynikami dla klasycznego silnika dwuprzepływowego. Wskazano na istotne cech silnika dwukomorowego, które są związane z doborem parametrów obiegu silnika. Wykazano, że w odróżnieniu od klasycznego silnika dwuprzepływowego można wyznaczyć spręż całkowity silnika, dla którego spełnione będzie jednocześnie kryterium osiągnięcia minimum jednostkowego zużycia paliwa i maksimum ciągu jednostkowego. W wyniku obliczeń parametrów eksploatacyjnych wyznaczono przebiegi podstawowych parametrów pracy silnika dla różnych warunków lotu i wskazano występowanie zakresów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, w których silnik z dwiema komorami spalania będzie rozwiązaniem korzystniejszym niż klasyczny silnik dwuprzepływowy. Na podstawie wykonanych analiz sformułowano wnioski dotyczące porównania cech eksploatacyjnych obydwu typów silników.

EN

The results of numerical investigation of perfor-mance of the classical turbofan engine and a two-combustor turbofan are presented in the paper. The basic information of the two-combustor turbofan are presented in the beginning. The differences in the model of two-combustor turbofan engine vs. classical turbofan were presented and their influence on engine performance was discussed. The numerical simulation of compared engine performance was done. By this way it was presented that it was possible to establish two-combustor engine parameters that specific thrust is maximum and specific fuel consumption is minimum. This is impossible to fulfillment for classical turbofan engine. The simulation of engine performance vs. altitude and flight velocity was done. By this way it was demonstrated that two-combustor turbofan engine performance are close to performance of classical turbofan and that there are some flight condition, for with two-combustor engine could be better than classical turbo-fan.

16

Komora spalania gazów o niskiej wartości opałowej

Mocek P., Gil I.

Instal

|

2016

|

nr 11

33--37

PL

Zaprezentowano konstrukcję atmosferycznej komory spalania gazów niskokalorycznych. Przygotowano model numeryczny komory i wykonano obliczenia numeryczne w programie komputerowym ANSYS Fluent. Obliczono rozkład temperatury, ciśnienia i stężenia produktów spalania w komorze dla czterech rożnych wariantów działania komory. Warianty te różnią się: 1) doprowadzeniem powietrza w dwóch strefach komory górnej i dolnej, 2) włączeniem/ wyłączeniem palnika pilota oraz 3) otwarciem/zamknięciem popielnika. Wykonano również bilanse masowe i energetyczne dla badanych przypadków. Przedstawiona konstrukcja umożliwia stabilne spalanie gazu, którego strumień, skład a tym samym wartość opałowa zmieniają się w szerokim zakresie wartości od 5 kg/h do 100 kg/h i od 2,5 do 12 MJ/m3n dla gazu suchego. W trakcie badań ujawniono różnice w charakterze procesów transportu masy zachodzących w trakcie spalania. Otrzymane wyniki posłużyły do skonstruowania modelu fizycznego i realizacji urządzenia.

EN

This paper presents the construction of the atmospheric combustion chamber of the low calorific value gases. The numerical model of the combustion chamber was prepared and ANSYS Fluent was used to the numerical calculation. For four different variants were calculated distribution of temperature, pressure and concentration of combustion products. These variants are differ each other’s: 1) fuel supply to upper and bottom zone of combustion chamber, 2) switch on/switch off of pilot burner, 3) opened/closed ash pan. Mass and energy balances were made for all investigated variants. The presented construction of combustion chamber enables stable combustion of gaseous fuel which stream, composition and heating value varies in the wide range values from 5 to 100 kg/h and 2.5 to 12 MJ/m3n of dry gas. The numerical investigation reveals differences in the character of the mass transport within the combustion chamber during combustion process. The results were used to prepare a physical model and erect that combustion chamber.

17

The Development of Mathematical Model of Gas-Turbine Unit Combustion for Chamber Functioning

Mandryk O. M., Mykhayliuk Y. D.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2016

|

Vol. 10, no. 1

69--78

PL

W artykule przedstawiono podstawowe zagadnienia zwiększenia bezpieczeństwa ekologicznego nowoczesnych stacjonarnych silników turbin gazowych (UTG). Został utworzony matematyczny model komory spalania uwzględniający główne parametry eksploatacji urządzenia. W modelu wykorzystania turbiny gazowej w różnych trybach technologicznych uwzględniono temperaturę powietrza na otworze wlotowym sprężarki osiowej, temperaturę płynu roboczego wlotowych łopatek kierowniczych turbiny i temperaturę środowiska.

EN

This article presents the basic issues of ecological safety improvement of present-day steady-state gas-turbine units. It has been developed the mathematical model diagnostics of combustion chamber considering the basic parameters of gas-turbine unit (GTU) operation under diff erent technological modes including the intake air temperature of the axial-flow compressor, the intake temperature of the actuating medium of the directing set of the high pressure turbine as well as the temperature of the environment.

18

A sensitivity analysis on the influence of the external constraints on the dynamic behaviour of a low pollutant emissions aircraft combustor-rig

Amoroso F., Fenza A. de, Petrone G., Pecora R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. LXIII, nr 3

435--454

EN

The need to reduce pollutant emissions leads the engineers to design new aeronautic combustors characterized by lean burn at relatively low temperatures. This requirement can easily cause flame instability phenomena and consequent pressure pulsations which may seriously damage combustor’s structure and/or compromise its fatigue life. Hence the need to study the combustor’s structural dynamics and the interaction between elastic, thermal and acoustic phenomena. Finite element method represent a largely used and fairly reliable tool to address these studies; on the other hand, the idealization process may bring to results quite far from the reality whereas too simplifying assumptions are made. Constraints modelling represent a key-issue for all dynamic FE analyses; a wrong simulation of the constraints may indeed compromise entire analyses although running on very accurate and mesh-refined structural models. In this paper, a probabilistic approach to characterize the influence of external constraints on the modal behaviour of an aircraft combustor-rig is presented. The finite element model validation was performed at first by comparing numerical and experimental results for the free-free condition (no constraints). Once the model was validated, the effect of constraints elasticity on natural frequencies was investigated by means of a probabilistic design simulation (PDS); referring to a specific tool developed in the ANSYS®software, a preliminary statistical analysis was at performed via Monte-Carlo Simulation (MCS) method. The results were then correlated with the experimental ones via Response Surface Method (RSM).

PL

Potrzeba redukcji zanieczyszczeń stawia wobec inżynierów wymaganie projektowania samolotowych komór spalania, które charakteryzują się ubogim spalaniem przy relatywnie niskich temperaturach. W tych warunkach mogą łatwo powstawać zjawiska niestabilności płomienia i wynikające stąd pulsacje ciśnienia, które mogą poważnie uszkodzić strukturę komory spalania lub/i zmniejszyć jej trwałość zmęczeniową. Wynika stąd potrzeba studiów nad dynamiką strukturalną komory spalania i interakcjami między zjawiskami termicznymi i akustycznymi. Metoda elementów skończonych jest narzędziem dość niezawodnym i powszechnie stosowanym, odpowiednim do takich studiów. Z drugiej strony, proces idealizacji może prowadzić do wyników, które są bardzo odległe od rzeczywistości, jeżeli w założeniach przyjęto nadmierne uproszczenia. Modelowanie więzów jest sprawą kluczową dla wszystkich analiz dynamicznych metodą elementów skończonych. Błędna symulacja więzów może istotnie zagrozić całej analizie, nawet gdy korzysta się w niej z bardzo dokładnych modeli strukturalnych o udoskonalonej siatce. W artykule zaprezentowano podejście probabilistyczne by scharakteryzować wpływ więzów zewnętrznych na właściwości modalne zespołu samolotowej komory spalania. Najpierw przeprowadzono walidację modelu elementów skończonych drogą porównania wyników doświadczalnych i obliczeniowych w warunkach swobodnych (bez więzów). Gdy potwierdzono prawidłowość modelu, zbadano wpływ sprężystości więzów na częstotliwości drgań własnych stosując metodę probabilistycznego projektowania symulacji (PDS). Korzystając ze specjalnego narzędzia opracowanego w oprogramowaniu ANSYS, wykonano wstępną analizę statystyczną metodą symulacji Monte Carlo (MCS). Jej wyniki skorelowano następnie z wynikami doświadczalnymi stosując metodę powierzchni odpowiedzi (RSM).

19

Analiza matematyczna pracy prostej turbiny gazowej po zmianie paliwa

Lepszy S., Chmielniak T.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 87 [291], nr 3

227--234

PL

Zastosowanie biomasy do produkcji energii elektrycznej z użyciem turbin gazowych małej mocy wymaga opracowania modeli maszyn i urządzeń o odmiennej charakterystyce w stosunku do szeroko rozpowszechnionych układów lotniczych i przemysłowych wykorzystujących paliwa konwencjonalne. W celu wskazania najistotniejszych zagadnień związanych z opracowaniem nowych rozwiązań dla turbin gazowych zasilanych paliwem z biomasy, w artykule przedstawiono analizę matematyczną pracy prostej turbiny gazowej małej mocy po zmianie paliwa. W szczególności zwrócono uwagę na możliwość wystąpienia pompażu, przekroczenia dopuszczalnych prędkości obrotowych oraz mocy. Przedstawiono również analizę parametrów komory spalania po zmianie paliwa.

EN

The use of biomass to produce electricity using gas turbines requires the development of models with different characteristics in relation to the widespread aero and industrial systems using conventional fuels. In order to identify the most important issues related to the development of new solutions for gas turbines fueled with biogas, in the article, the mathematical analysis and models of the operation of the simple gas turbine after the change of fuel are shown. In particular, attention was paid to: possibilities of surging occurrence and exceeding the permissible speed and power. An analysis of the parameters of the combustion chamber after the change of the fuel was shown.

20

Study of combustion efficiency and pollutant emissions in a miniature gas turbine with the combustion chamber of variable geometry

Chmielewski M., Gieras M.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 4

103--109

EN

The study presents the influence of changes in the geometry of the combustor liner dilution holes on miniature gas turbine combustion efficiency and emissions of harmful substances. Among the many measurable parameters essential attention has been given to the measurement of the total temperature at the outlet of combustion chamber and measurements of the emissions of nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO). The dilution holes area is controlled by rotating band at the rear part of the combustor liner, which is a modification of the standard combustion chamber of miniature gas turbine GTM-120, manufactured in Poland. The research was conducted on the test stand of the miniature combustion chamber. The combustion chamber is supplied with LPG in the start-up phase and with kerosene in the later phase. The tests provided information concerning NOx /CO dependence, total temperature at the outlet of the combustion chamber as a function of the rotational speed and percentage of covering of dilution holes. The results are related to the corresponding measurement parameters for the baseline geometry of the combustion chamber and the results obtained on a turbine GTM-120 test bench. Three-dimensional maps show considerable sensitivity of the combustion efficiency and the level of emissions to the degree of covering of the dilution holes, which makes it possible to build a control system to optimize the combustion process for a wide range of turbine speeds.

PL

W artykule przedstawiono eksperymentalne badania wpływu zmian geometrii otworów rozcieńczających komory spalania miniaturowej turbiny gazowej na efektywność procesów spalania i emisje substancji szkodliwych. Skupiono się przede wszystkim na pomiarach takich parametrów jak: temperatura całkowita za komorą spalania oraz emisja tlenków azotu (NOX) oraz tlenku węgla (CO). Przekrój otworów strefy rozcieńczającej regulowany jest za pomocą obrotowego pasa znajdującego się w tylnej części komory, stanowiącej modyfikację standardowej komory spalania miniaturowej turbiny gazowej polskiej produkcji – GTM-120. Badania przeprowadzono na stanowisku badan miniaturowych komór spalania. Komora spalania zasilana była naftą lotniczą. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano zależności emisji NOX/CO i temperatury całkowitej za komorą spalania w funkcji prędkości obrotowej i procentowego przysłonienia otworów rozcieńczających. Wyniki odniesione zostały do pomiarów analogicznych parametrów dla komory spalania o geometrii podstawowej oraz badań stanowiskowych turbiny GTM-120. Trójwymiarowe mapy wykazują znaczną wrażliwość efektywność spalania oraz poziomu emisji substancji szkodliwych na przysłaniania otworów strefy rozcieńczającej, co daje możliwość zbudowania systemu sterowania w celu optymalizacji procesu spalania w szerokim zakresie zmian prędkości obrotowej turbiny.