Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver

This thesis concerns the simulation of the isothermal mixing field as well as the reacting of a Tay-type gas turbine combustor (Rolls Royce Tay). First, a brief description of combustion is given, various important combustion parameters are mentioned and combustion problems are classified accordingl...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος
Άλλοι συγγραφείς: Spyropoulos, Charalampos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24365
id nemertes-10889-24365
record_format dspace
spelling nemertes-10889-243652023-02-02T04:35:15Z Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver Μοντελοποίηση του πεδίου μείξης και καύσης για μείγματα προπανίου/αέρα σε καυστήρα αεριοστροβίλου τύπου Tay με χρήση του μοντέλου του μερικώς αναδευμένου αντιδραστήρα, διβηματικού μηχανισμού χημικής κινητικής και λογισμικού ανοικτού κώδικα Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος Spyropoulos, Charalampos OpenFOAM Computational Fluid Dynamics (CFD) Gas turbine combustors Partially Stirred Reactor (PaSR) Model Large Eddy Simulation (LES) Υπολογιστική ρευστοδυναμική Καυστήρας αεριοστροβίλου Μοντέλο μερικώς αναδευμένου αντιδραστήρα Μοντέλο μεγάλων δινών This thesis concerns the simulation of the isothermal mixing field as well as the reacting of a Tay-type gas turbine combustor (Rolls Royce Tay). First, a brief description of combustion is given, various important combustion parameters are mentioned and combustion problems are classified accordingly. Then, the main types of combustors are presented, mainly used in aeronautical applications for aircraft propulsion, and the main design requirements are highlighted. Then the basic equations that govern combustion problems are presented, such as the conservation of momentum, mass, species mass etc, and are appropriately modeled to be applied to our problem. For the present study, the Partially Stirred Reactor (PaSR) model was used and the turbulence was modeled with the Lilly-Smagorisnky LES model. The fuel used was the propane and for the chemical reactions modeling , two-step reduced reaction mechanism was used. The boundary conditions used for the simulation are explained, as well as the simplifications and assumptions made. The geometry and the mesh were generated in the opensource software Salome and the simulation was executed in the also open-source OpenFOAM. The results were compared with the experimental measurements of Heitor and Whitelaw [2], and closing the thesis, conclusions are presented and future studies are suggested. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την μοντελοποίηση του ισόθερμου πεδίου μίξης αλλά και του πεδίου καύσης σε καυστήρα αεριοστροβίλου τύπου Tay της Rolls Royce. Αρχικά γίνεται μια σύντομη περιγραφή της καύσης. Αναφέρονται διάφορες σημαντικές παράμετροι και ταξινομούνται τα προβλήματα της καύσης αναλόγως αυτών. Στην συνέχεια αναφέρονται τα βασικά είδη καυστήρων, που χρησιμοποιούνται κυρίως σε αεροναυπηγικές εφαρμογές για την πρόωση αεροσκαφών, και επισημαίνονται οι βασικές σχεδιαστικές απαιτήσεις. Έπειτα επεξηγούνται οι βασικές εξισώσεις που διέπουν τα προβλήματα της καύσης, όπως η εξίσωση διατήρησης της ορμής, της μάζας κτλ και μοντελοποιούνται καταλλήλως για να εφαρμοστούν στο πρόβλημα μας. Για την παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του Μερικώς Αναδευμένου Αντιδραστήρα (PaSR model) και η τύρβη μοντελοποιήθηκε με το μοντέλο LillySmagorinsky, ενός μοντέλου προσομοίωσης μεγάλων δινών (LES). Για την καύση του προπανίου και την μοντελοποίηση των αντιδράσεων, χρησιμοποιήθηκε μειωμένος δι-βηματικός μηχανισμός χημικής κινητικής. Στην συνέχεια αναφέρονται οι οριακές συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση. Η γεωμετρία και το πλέγμα κατασκευάστηκαν στο λογισμικό ανοικτού κώδικα Salome και οι αναλύσεις γίνανε επίσης στο ανοικτού κώδικα πρόγραμμα OpenFOAM. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις πειραματικές μετρήσεις των Heitor και Whitelaw [2] και η διπλωματική εργασία κλείνει με τα συμπεράσματα και μελλοντικές προτάσεις. 2023-02-01T08:48:52Z 2023-02-01T08:48:52Z 2023-01-31 https://hdl.handle.net/10889/24365 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic OpenFOAM
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Gas turbine combustors
Partially Stirred Reactor (PaSR) Model
Large Eddy Simulation (LES)
Υπολογιστική ρευστοδυναμική
Καυστήρας αεριοστροβίλου
Μοντέλο μερικώς αναδευμένου αντιδραστήρα
Μοντέλο μεγάλων δινών
spellingShingle OpenFOAM
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Gas turbine combustors
Partially Stirred Reactor (PaSR) Model
Large Eddy Simulation (LES)
Υπολογιστική ρευστοδυναμική
Καυστήρας αεριοστροβίλου
Μοντέλο μερικώς αναδευμένου αντιδραστήρα
Μοντέλο μεγάλων δινών
Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος
Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
description This thesis concerns the simulation of the isothermal mixing field as well as the reacting of a Tay-type gas turbine combustor (Rolls Royce Tay). First, a brief description of combustion is given, various important combustion parameters are mentioned and combustion problems are classified accordingly. Then, the main types of combustors are presented, mainly used in aeronautical applications for aircraft propulsion, and the main design requirements are highlighted. Then the basic equations that govern combustion problems are presented, such as the conservation of momentum, mass, species mass etc, and are appropriately modeled to be applied to our problem. For the present study, the Partially Stirred Reactor (PaSR) model was used and the turbulence was modeled with the Lilly-Smagorisnky LES model. The fuel used was the propane and for the chemical reactions modeling , two-step reduced reaction mechanism was used. The boundary conditions used for the simulation are explained, as well as the simplifications and assumptions made. The geometry and the mesh were generated in the opensource software Salome and the simulation was executed in the also open-source OpenFOAM. The results were compared with the experimental measurements of Heitor and Whitelaw [2], and closing the thesis, conclusions are presented and future studies are suggested.
author2 Spyropoulos, Charalampos
author_facet Spyropoulos, Charalampos
Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος
author Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος
author_sort Σπυρόπουλος, Χαράλαμπος
title Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
title_short Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
title_full Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
title_fullStr Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
title_full_unstemmed Simulation of the mixing and reacting fields of Tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
title_sort simulation of the mixing and reacting fields of tay-type gas turbine combustor for propane/air mixtures utilizing the partially stirred reactor model, two-step chemistry and an open-source solver
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24365
work_keys_str_mv AT spyropouloscharalampos simulationofthemixingandreactingfieldsoftaytypegasturbinecombustorforpropaneairmixturesutilizingthepartiallystirredreactormodeltwostepchemistryandanopensourcesolver
AT spyropouloscharalampos montelopoiēsētoupedioumeixēskaikausēsgiameigmatapropaniouaerasekaustēraaeriostrobiloutypoutaymechrēsētoumonteloutoumerikōsanadeumenouantidrastēradibēmatikoumēchanismouchēmikēskinētikēskailogismikouanoiktoukōdika
_version_ 1771297183361925120