Análisis de la combustión en un quemador de turbina de gas mediante la aplicación del modelado CFD

Abstract

[ES] En este TFM se lleva a cabo el análisis de la combustión en un quemador de turbina de gas mediante la aplicación del modelado de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Dada la complejidad y coste económico que supone trabajar con cámaras de combustión de turbinas de gas reales, se va a emplear el quemador académico KIAI de CORIA para las simulaciones CFD. Debido a la normativa medioambiental existente, focalizada en reducir las emisiones contaminantes, se va a hacer uso de un quemador basado en el concepto Lean Direct Injection (LDI), centrado en reducir las emisiones NOx de la combustión. El cálculo CFD de las simulaciones se va a llevar a cabo mediante CONVERGE, considerando el planteamiento RANS para modelar la turbulencia. A partir del caso inerte, se acondicionará la ignición de la mezcla y se seleccionará un mecanismo cinético-químico reducido para optimizar los tiempos de cálculo. Finalmente, se analizará la combustión mediante la configuración de una estrategia de postprocesado, a partir de la cual se obtendrán los campos de velocidad, temperatura y las especies generadas por los procesos de combustión.

[EN] In this TFM, the analysis of combustion in a gas turbine burner is carried out by applying Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling. Given the complexity and economic cost of working with real gas turbine combustion chambers, CORIA's KIAI academic burner will be used for CFD simulations. Due to existing environmental regulations, focused on reducing polluting emissions, the Lean Direct Injection (LDI) concept will be used, focused on reducing NOx emissions from combustion. The CFD calculation of the simulations will be carried out using CONVERGE, considering the RANS approach for turbulence modelling. From the inert case, the ignition of the mixture will be conditioned and a reduced kinetic-chemical mechanism will be selected to optimize the calculation times. Finally, combustion will be analyzed by configuring a post-processing strategy, from which the fields of speed, temperature and the species generated by the combustion processes will be obtained.

[VA] En este TFM es du a terme l'anàlisi de la combustió en un cremador de turbina de gas mitjançant l'aplicació del modelatge de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD). Donada la complexitat i cost econòmic que suposa treballar amb cambres de combustió de turbines de gas reals, es va a emprar el cremador acadèmic KIAI de CORIA per a les simulacions CFD. A causa de la normativa mediambiental existent, focalitzada a reduir les emissions contaminants, es va a fer ús d’un cremador basat en el concepte de Lean Direct Injection (LDI), centrat en reduir les emissions NOx de la combustió. El càlcul CFD de les simulacions es va a dur a terme mitjançant el codi CONVERGE, considerant el plantejament RANS per a modelar la turbulència. A partir del cas inert, es condicionarà la ignició de la mescla i es seleccionarà un mecanisme cinètic-químic reduït per a optimitzar els temps de càlcul. Finalment, s'analitzarà la combustió mitjançant la configuració d'una estratègia de postprocessament, a partir de la qual s'obtindran els camps de velocitat, temperatura i les espècies generades pels processos de combustió.