جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "Gas Turbine" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «Gas Turbine» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
در این پژوهش یک سیکل ترکیبی که شامل سیکل برایتون، رانکین و تبرید تراکمی است، به منظور تولید قدرت و سرمایش ارزیابی ترمودینامیکی می شود. سیکل ترکیبی در نرم افزار EES شبیه سازی شده و با استفاده از قانون اول ترمودینامیک، راندمان حرارتی آن محاسبه می شود. با استفاده از سه مبدل حرارتی با راندمان حرارتی 90 درصد، حرارت خروجی از سیکل تبرید تراکمی برای پیش گرمایش و گرمای اتلافی سیکل برایتون برای تولید بخار در سیکل رانکین بکار گرفته می شود. در سیکل برایتون از هوا و در سیکل رانکین از آب و در سیکل تبرید از مبرد R134a بعنوان سیال عامل استفاده می شود. دبی جرمی های 5، 10 و 20 کیلوگرم بر ثانیه به ترتیب برای بخار آب، مبرد R134a و هوا در نظر گرفته می شود. تاثیر دبی سیال عامل ها بر راندمان حرارتی سیکل ترکیبی بررسی می شود. با تحلیل انرژی راندمان حرارتی سیکل برایتون 29/49 درصد، سیکل رانکین 68/27 درصد، ضریب عملکرد سیکل تبرید 38/4 و راندمان حرارتی سیکل ترکیبی 84/48 درصد شد. همچنین نتایج نشان می دهد با افزایش دبی هوا، راندمان حرارتی سیکل ترکیبی افزایش می یابد اما با افزایش دبی مبرد R134a و بخار آب، مقدار راندمان سیکل ترکیبی کاهش می یابد
کلید واژگان: توربین گازی, سیکل رانکین, سیکل تبرید تراکمی, راندمان حرارتی, نرم افزار EESIn this study, a combined cycle consisting of Brayton, Rankine and compression refrigeration cycles is thermodynamically evaluated for power generation and cooling. The combined cycle is simulated in EES software and its thermal efficiency is calculated using the first law of thermodynamics. Using three heat exchangers with a thermal efficiency of 90%, the heat output from the compression refrigeration cycle is used for preheating and the waste heat of the Brayton cycle is used to produce steam in the Rankine cycle. Air, water, and R134a are the working fluids in the Brayton, Rankine, and refrigeration cycles. Mass flow rates of 5, 10 and 20 kg/s are considered for water, R134a refrigerant and air, respectively. The effect of the working fluid rate on the thermal efficiency of the combined cycle is investigated. By energy analysis, the thermal efficiency of the Brayton cycle was 49.29%, the Rankine cycle was 27.68%, the coefficient of performance of the refrigeration cycle was 4.38%, and the thermal efficiency of the combined cycle was 48.84%. The results show that with increasing air flow rate, the thermal efficiency of the combined cycle increases, but with increasing R134a refrigerant flow rate and water vapor, the combined cycle efficiency decreases
Keywords: Gas Turbine, Rankine Cycle, Compression Refrigeration Cycle, Thermal Efficiency, EES Software -
در فصول گرم سال به دلیل افزایش دمای ورودی به کمپرسور توان تولیدی توربین های گاز کاهش می یابد. خنک سازی هوای ورودی توربین گاز یک فناوری است که باعث بهبود عملکرد توربین گاز می شود، که در آن با صرف هزینه کمتر توان توربین گاز به ازای هر کیلووات افزایش پیدا می کند. در این مطالعه سه روش خنک سازی هوای ورودی توربین گازی شامل فاگ، مدیا و چیلر جذبی به منظور بهبود عملکرد نیروگاه سیکل ترکیبی کاشان مورد ارزیابی فنی و اقتصادی قرار گرفته اند. در این مقاله با بکارگیری تکنیک چند معیاره (تاپسیس) با توجه به معیارهای تصمیم گیری، اولویت بندی روش خنک سازی هوای ورودی جهت بکارگیری در نیروگاه کاشان انجام شده است و اولویت بندی روش ها با استفاده از روش های تاپسیس مشخص شدند. با توجه به شرایط فنی و اقتصادی و شرایط محیطی منطقه کاشان با استفاده از تکنیک های چند معیاره سیستم خنک کاری مدیا به عنوان سیستمی مناسب جهت بهبود عملکرد در این نیروگاه انتخاب و معرفی می گردد. با استفاده از سیستم مدیا در نیروگاه کاشان، توان خالص خروجی از نیروگاه به میزان 166/5 درصد، بازده انرژی و اگزرژی سیکل گازی به ترتیب 26/2 و 25/2 درصد افزایش می یابد.
کلید واژگان: توربین گاز, انرژی, اگزرژی, تاپسیس, خنک کاری هوای ورودی, ترموفلوIn hot seasons of year, due to increase in inlet temperature to compressor, production power of gas turbines decreases. Gas turbine inlet air cooling is a technology that improves gas turbine performance, in which gas turbine power per kilowatt is increased by spending less. In this study, three gas turbine inlet air cooling methods including fog, media and absorption chiller have been technically and economically evaluated in order to improve performance of Kashan combined cycle power plant. In this article, by using multicriteria technique according to decision criteria, prioritization of inlet air cooling method for use in Kashan power plant has been done and prioritization of methods has been determined using TOPSIS1 methods. Considering technical and economic conditions and environmental conditions of Kashan region, using multi-criteria techniques, Media cooling system is selected and introduced as a suitable system to improve performance in this power plant. By using media system in Kashan power plant, net power output from power plant increases by 5.166%, energy efficiency and exergy of gas cycle increases by 2.26% and 2.25%, respectively.
Keywords: Gas Turbine, Energy, Exergy, TOPSIS, Inlet Air Cooling, Thermoflow -
توربین های گازی به عنوان یکی از مهمترین موتورهای احتراق داخلی در صنایع و نیروگاه ها و همچنین حمل و نقل هوایی مطرح می گردد. یکی از دغدغه های سازندگان این موتور احتراق داخلی افزایش توان و بازده گردا است. یکی از روش های افزایش قدرت و بازده حرارتی آن، افزایش دمای هوای ورودی به گردا گاز است اما این روش با توجه به جنس و همبسته مورد استفاده در پره ها محدودیت هایی از جمله تغییر شکل و خرابی آن ها را در پی دارد، بنابراین استفاده از فناوری و روش های نوین برای کاهش دمای پره ها و افزایش بازده کلی گردا امری مهم و ضروری است که یکی از فناوری های نوین، استفاده از خنک کاری ماتریسی است. در این مقاله، هندسه مشبک با دو زیرلایه الگوسازی شده است و هر لایه ، مجهز به 13 زیردالان فرعی با زاویه 45 درجه و خلاف جهت یکدیگر است. پس از شبیه سازی و آنالیز عددی، نتایج برای تغییرات انتقال حرارت و افت فشار برای عدد رینولدز از 10000 تا 40000 مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفته است. با تحلیل و بررسی نتایج، مشخص می شود که به دلیل زوایای برخورد سیال در زیردالان ها و اثر تغییر برای در آن ها انتقال حرارت به طور قابل توجهی افزایش می یابد، به گونه ای که انتقال حرارت از 3.1 تا 3.9 برابر افزایش می یابد که بیشترین مقدار آن در رینولدز 10000 و کمترین مقدار افزایش انتقال حرارت در عدد بی بعد رینولدز 40000 مشاهده گردید. همچنین انتقال حرارت در نقاط برخورد در هر زیر دالان نسبت به نقاط چرخش در مسیر حرکت سیال 50 درصد بیشتر است.کلید واژگان: موتور احتراق داخلی, توربین گازی, خنک کاری ماتریسی, ساختار مشبک, عملکرد هیدروحرارتیGas turbines are recognized as one of the most significant internal combustion engines used in industries, power plants, and aviation. A primary concern for manufacturers of internal combustion engines is enhancing the power and efficiency of these turbines. One effective approach to boost both power and thermal efficiency in gas turbines is to raise the inlet air temperature. However, this method has limitations due to the materials and alloys used in turbine construction, necessitating the exploration of new technologies and methods to increase performance. One such innovative technology is matrix cooling. In this study, the geometry of the matrix is modeled using two substrates, with each layer featuring 13 sub-channels angled at 45 degrees and oriented oppositely to one another. Following simulation and numerical analysis, the results regarding heat transfer variations and pressure drops across a Reynolds number range of 10,000 to 40,000 were compared. The analysis reveals that the angles of fluid collision under the channels and the effects of directional changes significantly enhance heat transfer. Specifically, heat transfer rates increased from 3.1 to 3.9 times, with the highest enhancement observed at a Reynolds number of 10,000 and the lowest at a Reynolds number of 40,000. Additionally, heat transfer at the collision points within each sub-channel was found to be 50% greater than at the turning points along the fluid's path.Keywords: Internal Combustion Engine, Gas Turbine, Matrix Cooling, Grid Structure, Hydrothermal Performance
-
امروزه به دلیل کمبود منابع آب بازیافت و استحصال آب مورد توجه بیشتر قرار گرفته است. از جمله منابع آب، بخار آب موجود در محصولات احتراق است. در این پژوهش به طور نمونه میزان بخار آب موجود در دود خروجی واحد نیروگاه سیکل ترکیبی کاشان در فصول و شرایط مختلف پیش بینی شد که میزان قابل توجه 6/22 لیتر بر ثانیه در فصل زمستان است. سپس سیستم های مرسوم جداسازی جریان های گازی، جذب سطحی جامدی و مایعی، خنک کنندگی چگالشی، جداسازی برودتی و فرآیند غشایی جهت امکان سنجی استحصال آب از دود مورد بررسی قرار گرفت و مورد ارزیابی فنی و اقتصادی قرار گرفتند. در این حالت پارامترهای کیفیت آب، صرفه جویی مصرف انرژی، هزینه سرمایه گذاری، هزینه بهره برداری و تکامل تکنولوژی به عنوان پارامترهای ارزیابی در نظر گرفته شدند. نتیجه مقایسه نشان دهنده برتری سیستم غشایی از نوع سرامیکی نانو فیلتر متخلخل بود. با فرض میزان 40% استحصال آب موجود در جریان دود سیستم غشایی دارای هزینه سرمایه گذاری بسیار پایین تری نسبت به سیستم های دیگر است و بر اساس داده های نیروگاه کاشان استحصال آب 32/9 لیتر آب بر ثانیه قابل انتظار است.
کلید واژگان: سیکل ترکیبی, استحصال آب, توربین گاز, دود خروجی نیروگاه, سیستم غشاییNowadays, due to scarcity of water resources, water recycling and extraction have been given more attention. Among sources of water is water vapor in combustion products. In this research, as an example, amount of water vapor in exhaust smoke of Kashan combined cycle power plant unit was predicted in different seasons and conditions, which is a significant amount of 22.6 liters per second in winter season. Then, conventional systems of separation of gas streams, solid and liquid surface absorption, condensation cooling, cryogenic separation and membrane process were investigated for feasibility of extracting water from smoke and were evaluated technically and economically. In this case, water quality parameters, energy saving, investment cost, operation cost and technology evolution were considered as evaluation parameters. Result of comparison showed superiority of ceramic membrane system of porous nano filter. Assuming 40% extraction of water in smoke flow, membrane system has a much lower investment cost than other systems and based on data of Kashan power plant, extraction of 9.32 liters of water per second can be expected.
Keywords: Combined Cycle, Water Extraction, Gas Turbine, Power Plant Exhaust Smoke, Membrane System -
مواد گرادیانی تابعی (FGM)، گروهی از مواد مهندسی شده هستند که به صورت پیوسته و ناپیوسته در دو حالت فیلم نازک و بالک، طراحی و ساخته می شوند. با گسترش و دسترسی آسان تر روش های پیشرفته، دقیق تر و کنترلی ساخت قطعات مانند ساخت افزایشی، پتانسیل استفاده از این مواد نیز افزایش یافته است. در این گزارش، با مروری بر تعاریف اولیه و روش های متداول ساخت مواد گرادیانی، به بررسی امکان ساخت این مواد با استفاده از ساخت افزایشی پرداخته شده و با بررسی مطالعات انجام گرفته، ویژگی های هر روش ذکر گردیده است. در انتها، با در نظر گرفتن میزان اهمیت استفاده از این دسته از مواد در کاربردهای حساسی مانند صنعت توربین، دو نمونه از مطالعات موردی استفاده از این مواد براساس روش ساخت افزایشی در سیستم دوار (توربین گاز)، ارائه و معرفی شده است. در این مطالعات، هم از حالت فیلم نازک در قالب پوشش گرادیانی و هم به صورت بالک و یکپارچه جهت ساخت قطعه مورد استفاده در توربین گاز، استفاده گردیده است.
کلید واژگان: مواد گرادیانی تابعی, مواد مهندسی شده, ساخت افزایشی, توربین گاز, فیلم نازک, بالکFunctionally graded materials (FGM) are a group of engineered materials that are designed and manufactured continuously and discontinuously in two forms, thin film and bulk. With the expansion and easier access of advanced, more precise and controlled methods of manufacturing parts such as additive manufacturing, the potential of using these materials has also increased. In this report, with an overview of the basic definitions and common methods of gradient materials manufacturing, the possibility of produce these materials using additive manufacturing has been investigated, and the characteristics of each method have been mentioned by reviewing the studies conducted. In the end, considering the importance of using this category of materials in sensitive applications such as the turbine industry, two examples of case studies of the use of these materials based on the additive manufacturing method in the rotary system (gas turbine) have been introduced. In these studies, both the thin film in the form of gradient coating and the bulk and integrated form have been used to make the part used in the gas turbine.
Keywords: Functionally Graded Materials, Engineered Materials, Additivemanufacturing, Gas Turbine, Thick Films, Bulk -
در این مقاله یک چرخه ترکیبی برای تولید چندگانه توان، بخار آب و آب شیرین پیشنهاد و پارامترهای خروجی آن با یک چرخه پایه مقایسه می گردند. سوخت اصلی هر دو سیستم زیست توده است که در چرخه توربین گازی می سوزد و تولید توان می کند. سپس حرارت پسماند این چرخه توسط چرخه رانکین آلی بازیافت می گردد. یک چرخه خورشیدی با کلکتور صفحه تخت برای پیش گرم کردن سیال ارگانیک قبل از ورود به اواپراتور رانکین آلی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، چرخه پیشنهادی دارای یک چرخه زمین گرمایی است که علاوه بر گرمایش مجدد چرخه رانکین آلی، برای تولید بخار آب در یک مولد بخار و راه اندازی یک توربین بخار مورد بهره برداری قرار می گیرد. هر دو سیستم پایه و پیشنهادی به یک واحد تصفیه آب به روش اسمز معکوس مجهزند که توان پمپ فشار قوی آنها به ترتیب از توربین چرخه های رانکین آلی و زمین گرمایی تامین می شود. طرح ها از نظر اگزرژی تحلیل و شبیه سازی شده اند. سیستم پیشنهادی در مقایسه با سیستم پایه به ترتیب 34%، 131%، 100%، و 32/49% توان خروجی، آب تصفیه شده، بخار آب، و راندمان اگزرژی بیشتری دارد.
کلید واژگان: اگزرژی, توربین گاز, زیست توده, خورشیدی, زمین گرمایی, نمک زدایی اسمز معکوسIn this article, a combined cycle for multiple production of power, steam and fresh water is proposed and its outputs are compared with a basic cycle. The main fuel of both systems is biomass, which burns in the gas turbine cycle and produces power. Then the waste heat of this cycle is recycled by an organic Rankine cycle. A solar cycle with the flat plate collectors is used to preheat the organic fluid before entering the ORC’s evaporator. Also, the proposed cycle has a geothermal cycle which, in addition to reheating the organic Rankine cycle, is used to generate steam in a steam generator and run a steam turbine. Both the proposed and basic systems are equipped with a reverse osmosis desalination unit, whose high-pressure pump power is supplied from organic and steam turbines, respectively. The designs have been analyzed and simulated in term of exergy. Compared to the basic system, the proposed system has 34%, 131%, 100%, and 49.32% more output power, purified water, steam, and exergy efficiency, respectively.
Keywords: Exergy, Gas Turbine, Biomass, Solar, Geothermal, Reverse Osmosis Desalination -
در این تحقیق یک سیستم خنک کننده ی ترکیبی گرمایش و الکتریسیته را پیشنهاد و یک تحلیل ترمویدینامیکی کامل ارایه شده است. این سیستم شامل یک توربین گاز، یک سیستم خنک کننده با حرارت، سیستم تولید همزمان برق و یک مبدل حرارتی آب گرم است. گرمای اضافی در توربین گاز در ابتدا توسط سیستم تولید همزمان تولید می شود و از طریق یک توربین بخار آمونیاک به قدرت تبدیل می شود. سپس بخار خروجی توربین بخار آمونیاک در یک سیستم تبرید جذبی تک اثره آب برای تولید انرژی خنک کننده استفاده می شود. استفاده موثر از انرژی مازاد تولید شده می تواند باعث کاهش مصرف گاز طبیعی در مقایسه با سیستم های تولید مستقل، سرمایش و گرمایش شود. بازده انرژی و اگزرژی سیستم مورد مطالعه به ترتیب 20 و 21 درصد به دست می آیدکه مقدار مناسب و معقولی می باشد. نتایج تحلیل های اقتصادی نشان می دهد که با هزینه کل 93/56 دلار بر ثانیه و هزینه سرمایه گذاری و نگهداری کل 1732 دلار بر ثانیه با به کارگیری توابع هزینه به روز برای اجزای مختلف، سیستم پیشنهادی در عمل صرفه اقتصادی بالایی دارد. این کار ممکن است یک روش جدید را برای افزایش راندمان و بهره وری عملکرد ترمودینامیکی سیستم های تولید همزمان فراهم کند.
کلید واژگان: تولید همزمان, ارزیابی اقتصادی, ارزیابی اگزرژی, توربین گازی, سرمایش جذبیIn this research، a combined heating and electricity cooling system is proposed and a complete thermodynamic analysis is presented. This system consists of a gas turbine، a thermal cooling system، a cogeneration system and a hot water heat exchanger. The excess heat in the gas turbine is initially produced by the cogeneration system and converted into power through an ammonia steam turbine. Will be then، the output steam of the ammonia steam turbine is used in a single-effect water absorption refrigeration system to produce cooling energy. Effective use of produced surplus energy can reduce natural gas consumption compared to independent power systems، cooling and heating. The energy and exergy efficiency of the studied system is 20 and 21 %، respevtively، wich is a resonable value. The results of economic analysis show that the produced system has a high economic efficiency with a total cost of 93.56 dollars per second and a total investment and maintenace cost of 1732 dollars per second. This work will provide a new method to increase efficiency and effectiveness of the thermodynamic performance of cogeneration systems.
Keywords: Cogeneration, Economic Evaluation, Exergy Evaluation, Gas Turbine, Absorption Cooling -
با توجه به اهمیت بسیار بالای توربین گازی در تولید برق و همچنین توسعه روزافزون آن، از جمله ی مهم ترین روش ها برای افزایش کارایی پره های توربین گازی، افزودن پوشش محافظ گرمایی به سطح خارجی آنهاست. این پوشش ها اینکه باعث بهبود خنک کاری پره توربین گازی می شوند، ولی معایبی نیز دارند که از جمله معایب آنها زبر نمودن سطح پره ها است که ناخواسته منجر به جدایش های جریان سیال داغ اطراف توربین گازی می گردند، لذا سطوح زبر پوشش های محافظ گرمایی می بایست به طور بهینه و هدف دار مورد استفاده قرار گیرند. در این تحقیق، با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت به بررسی و تحلیل این نوع پوشش ها، برای یافتن مناسب ترین حالت ممکن جهت استفاده از آن پرداخته شده است. تاثیر پارامترهای زبری سطح، ضخامت و جنس پوشش های محافظ گرمایی مورد بررسی قرار گرفته و بهینه ترین حالت برای پارامترهای مذکور، به ترتیب 1/0 م م، 38/0 م م و 7/2 وات بر متردرکلوین بدست آمده است.
کلید واژگان: پوشش محافظ گرمایی, توربین گازی, زبری, شبیه سازی عددیDue to the very high importance of gas turbine in electricity production and also its increasing development in the electricity industry, one of the most important methods to increase the efficiency of gas turbine blades is to add thermal barrier coating to their outer surface. These coatings improve the cooling of gas turbine blades, but they also have disadvantages such as roughness of their surface cause to the separation of the hot fluid flow around the turbine blades. The rough surfaces of thermal barrier coatings should be used optimally and purposefully. In this research, using commercial software of Fluent, this type of coating has been investigated and analyzed in order to find the most optimal possible mode for its use. The influence of surface parameters such as roughness, thickness and material of thermal barrier coatings have been investigated. The most optimal state for the mentioned parameters are: 0.1 mm, 0.38 mm and 2.7 W/m.K respectively.
Keywords: Thermal Barrier Coating, Gas Turbine, Roughness, Numerical Simulations -
Present computational simulation studied H2-CH4 combustion characteristics in a specific gas turbine combustor used for power generation. Across four thermal loads (1.1-4.4 bar) and varying hydrogen fraction (0-50% by volume), changes in flame temperature, reaction zone stability, and flow field are scrutinized. Results show coherent thermal patterns and stable flame fronts across all conditions, indicating hydrogen addition does not deteriorate combustion when blended with methane. Flame temperatures increase by approximately 40 K with increasing hydrogen fraction. Acceptable NOx emissions are observed, peaking at 6.20 ppm with 50 % H2 at 168 kW. The combustor enables reliable operation for blends up to 50% hydrogen. These results suggest potential for increasing legislated hydrogen blending limits for more sustainable gas turbine power generation. By expanding the viable envelope for hydrogen-methane mixtures, this work contributes to understanding combustion of decarbonized fuels in gas turbines. However, as results are limited to the investigated combustor geometry, generalized conclusions cannot be drawn at this stage. Nonetheless, this study represents an incremental advancement in knowledge that may inform future research on sustainable power generation and decarbonization efforts.Keywords: Hydrogen-Methane, High Pressure Burners, Swirled Flames, Gas Turbine, Pollutants
-
Low changes in active power demand cause changes in the frequency of the power system. The purpose of using a load frequency control (LFC) system is to maintain the frequency balance in the power system, using active power control to minimize frequency changes to achieve acceptable power system stability. In this paper, the linearized model of a gas power plant has been studied and simulated to check the small signal stability and load frequency control. The frequency depends on the parameters of the power system, and small changes in the parameters cause slight deviations in the frequency of the power system. To provide good quality output power, LFC should have good robustness against uncertainty of power system parameters and sudden changes. The initial order equations of the system in the state space have been used in MATLAB software to simulate the dynamic behavior. The effect of changes in different parameters on frequency deviation and stability of the power system has been investigated. Analysis of system modes show the correctness of the simulation results.
Keywords: Eigenvalues Analysis, Gas Turbine, Hierarchical Control, Load Frequency Control, Small Signal Stability -
در این پژوهش آزمایش و اندازه گیری حجم سوخت نازل های سوخت دوگانه سوز توربین GE-F9 با استفاده از انجام آزمایش های تجربی توسط دستگاه ردیف چینی نازل سوخت گازی (طراحی و ساخته شده در شرکت پرداد کامه صنعت) مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه، جهت نصب نازل ها بر روی توربین از الگو فرایند معینی به منظور ردیف چینی آن ها توسط نرم افزار ویژه دستگاه استفاده شد. اختلاف دمایی به عنوان یکی از مهم ترین متغیرهای خروجی تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد که کاهش اختلاف جریان گاز مصرفی تا 2% و اختلاف دمایی تا 20 درجه سانتی گراد با انتخاب یک دسته 14 عددی از میان 30 نازل اولیه و همچنین ردیف چینی مناسب توسط نرم افزار امکان پذیر است. همچنین از طرفی در صورت استفاده از 2 دسته نازل از میان 30 نازل اولیه، می توان اختلاف جریان نازل ها را تا 6 و 9% کاهش داد و در عوض با استفاده از نرم افزار ردیف چینی اختلاف دمایی را زیر 28 درجه سانتی گراد حفظ نمود.کلید واژگان: توربین گازی, GE-F9, سوخت رسانی متوازن, ردیف چینی نازل, اختلاف دماییIn this research, fuel nozzles of GE-F9 turbine were tested, and fuel flow was measured using a Nozzle Layout device, which was designed and manufactured by Pardad Kameh Sanat Company. Then, the layout of nozzles was suggested by the special software of the device based on a specific algorithm, and it was installed on the turbine. The temperature spread was evaluated as the most important result of this research. The results show that by selecting a set of 14 out of the 30 initially provided nozzles and then using the layout recommended by the software, it is possible to reduce the gas flow difference by 2% and the temperature spread by 20 ℃. However, using two sets of nozzles out of the 30 provided can reduce the flow difference of the nozzles to 6% and 9%, respectively. In addition, with the help of the Nozzle Layout software, the temperature spread can be maintained below 28 ℃.Keywords: Gas Turbine, GE-F9, Fuel Flow Balancing, Nozzle Layout, Temperature Spread
-
Nowadays, optimization methods have been considered as a practical tool to improve the performance of turbo-machines. For this purpose, the numerical study of the aerodynamic flow of the NASA Rotor-67 axial compressor has been investigated, and the results of this three-dimensional simulation show good agreement with experimental data. Then, the blade stacking line is changed using lean and sweep for Rotor-67 to improve the compressor performance. The third-order polynomial is selected to generate the lean and sweep changes from the hub to the shroud. The compressor flow field is solved by a Reynolds averaged Navier-Stokes solver. The genetic algorithm, coupled with the artificial neural networks, is implemented to find the optimum values for blade lean and sweep. Considering the three objective functions of pressure ratio, mass flow rate, and isentropic efficiency, the optimized rotor is obtained using the optimization algorithm. Two geometries are obtained using the optimization algorithm. The results of the optimized compressor include improving the isentropic efficiency, pressure ratio, and mass flow equal to 0.57%, 0.93%, and 1.8%, respectively. After compressor optimization, the effect of the changes in the compressor performance parameters is studied on a single spool turbojet engine. The engine is modeled by analyzing the Brayton thermodynamic cycle of the assumed turbojet engine under design point operating conditions. Results show that for the best test case, the engine with the optimized rotor, the thrust, and SFC are improved by 1.86% and 0.21%, respectively.Keywords: Compressor, Optimization, Lean, Sweep, Gas turbine
-
در این پژوهش، به منظور شبیه سازی اثرات رسوب گذاری و فرسایش پره های کمپرسور توربین گاز V94.2، یک مدل ترمودینامیکی توسعه داده شده است. رویکرد نوین این مطالعه شامل در نظر گرفتن اثرات دما و رطوبت محیط بر عملکرد یک توربین دارای عیب و استفاده از سیستم کنترلی توربین در شرایط بار کامل است که به آن کنترل دمای خروجی یا OTC گفته می شود. در این رویکرد، از ثابت نگه داشتن دمای اصلاح شده ی خروجی توربین استفاده می گردد تا دمای ورودی به توربین در یک بازه ی ایمن برای پره ها نگه داشته شود. این مدل توسط داده های واقعی یک توربین گازی صحت سنجی گردیده است. نتایج نشان می دهد که می توان با تغییر نقطه تنظیم کنترلی OTC و با در نظر گرفتن دمای ورودی به توربین، مقداری از افت ها را جبران نمود. نتایج بیان می کند که رسوب گذاری، پارامترهای توان تولیدی، دمای ورودی به توربین و بازدهی توربین گازی را بیشتر از فرسایش پره ها کاهش می دهد. همچنین انحراف از عملکرد سالم، با شرایط محیطی تغییر می کند. نتایج نشان می دهد که با افزایش 6 درجه ای نقطه تنظیم سیستم کنترل یک توربین معیوب، می توان با توجه به دمای محیط، توان را تا 1% و دمای ورودی به توربین را تا 8/0% افزایش داد.کلید واژگان: توربین گاز, رسوبگذاری کمپرسور, مدل ترمودینامیکی, کنترل دمای خروجیIn this research, a thermodynamic model has been developed to simulate the effects of fouling and erosion of the compressor blades of a V94.2 gas turbine. The novel approach of this study involves considering the influence of ambient temperature and humidity on the performance of a faulty turbine as well as using the turbine control system under full load conditions, referred to as Outlet Temperature Control (OTC). In this approach, maintaining a corrected turbine outlet temperature is employed to keep the turbine inlet temperature within a safe range for the blades. This model has been validated using real-world data of a gas turbine. The results demonstrate that by adjusting the OTC control setpoint and taking into account the turbine inlet temperature, a portion of the performance losses can be compensated for. The findings indicate that compressor fouling has a greater impact on parameters such as power output, turbine inlet temperature, and gas turbine efficiency compared to blade erosion. Furthermore, deviation from healthy performance varies with environmental conditions. The results also show that by increasing the control setpoint of a degraded turbine by 6 degrees, considering ambient temperature, power can be increased by 1%, and turbine inlet temperature can be increased by 0.8%.Keywords: Gas Turbine, Compressor fouling, Thermodynamic model, Outlet temperature control
-
با توجه به پیچیدگی فرایندهای حاکم بر جریان در توربین گاز، انجام آزمون های تجربی برای اطمینان از عملکرد آن الزامی است اما ایجاد شرایط حاکم بر اجزا در شرایط عملکردی بسیار پیچیده است. اکثر آزمون های محفظه احتراق در شرایط جوی انجام و سپس نتایج به شرایط عملکردی تعمیم داده می شوند. این کار در کنار کمبود تست استندهای دارای شرایط عملکردی واقعی، بر این اساس توسعه یافته است که اغلب فرایندهای حاکم بر رفتار محفظه با تغییر فشار عملکردی دستخوش تغییر قابل توجهی نبوده و به ویژه اگر شکل شعله تغییر نکند، می توان در فشار پایین نیز رفتار محفظه را مطالعه نمود. در تحقیق حاضر این موضوع به صورت عددی برای یک محفظه احتراق واقعی مورد بررسی قرار گرفته و مشاهده شده است که مشخصه های شعله تغییر چندانی با افزایش فشار ندارند. همچنین آلاینده NOx در فشارهای بالاتر افزایش می یابد. ساختارهای کلی جریان تحت تاثیر افزایش فشار قرار نگرفت اما میزان افت فشار افزایش یافت. نتایج حاضر نشان می دهد در محفظه احتراق مورد نظر، آزمون جوی می تواند نتایج قابل قبول و تعمیم به شرایط پرفشار ارایه کند.
کلید واژگان: توربین گاز, محفظه احتراق, اثر فشار, آزمون جوی, دینامیک سیالات محاسباتی, موتور توربینیDue to the complexity of the processes governing the flow in the gas turbine, it is necessary to perform experimental tests to ensure the performance, but creating the conditions governing the components in the operational conditions is very complex. most of the combustion chamber tests are performed in atmospheric conditions and then the results are generalized to the operational conditions. This work, along with the lack of test stands with real operational conditions, has been developed based on the fact that most of the processes governing the behavior of the chamber have not undergone significant changes with the change of operating pressure, and especially if the shape of the flame does not change, it is possible to study the behavior of the chamber even at low pressure. In the present research, this issue has been numerically investigated for a real combustion chamber and it has been observed that changes are characterized by increasing pressure. Also, NOx pollutant increases at higher pressures. The overall flow structures were not affected by the pressure increase, but the pressure loss rate increased. The current results show that in the desired combustion chamber, the atmospheric test can provide acceptable results and can be generalized to high pressure conditions.
Keywords: Gas turbine, Combustion chamber, Pressure effect, Atmospheric test -
در این پژوهش تاثیر شکست پیچ اتصال دهنده دو شفت جلو و عقب کمپرسور و نامیزانی ناشی از این شکست بر رفتار دینامیکی روتور در توربین گاز رولزرویس مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور مدل هندسی شفت کمپرسور طراحی گردید و تحلیل مودال به روش اجزاء محدود توسط نرم افزار Ansys صورت گرفت و نمودارهای کمپل به صورت جداگانه ترسیم شد. از تحلیل مودال تجربی و مقایسه آن با تحلیل مودال عددی جهت اعتبارسنجی و تایید مدل طراحی شده استفاده گردید. در ادامه از تحلیل هارمونیک شفت بدون پره و دیسک و همچنین همراه پره و دیسک برای بررسی پاسخ فرکانسی سرعت و جابجایی ناشی از شکست پیچ اتصال دهنده در قسمت لبه و قسمت اتصال میانی دو شفت به صورت جداگانه و همچنین به صورت همزمان استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دامنه نوسان شفت کمپرسور در حالت شکست پیچ در قسمت اتصال لبه برای محل شکست پیچ حدود 30 درصد بیشتر از حالت شکست پیچ اتصال میانی است.
کلید واژگان: توربین گاز, نامیزانی شفت کمپرسور, رفتار دینامیکی روتور, توربین گاز رولزرویس, نمودار کمپل, شکست پیچIn this study, the effect of failure of a screw in the coupling connecting two compressor shafts on the dynamic behavior of the rotor in The Rolls Roys gas turbine has been investigated. For this purpose, the geometric model of the compressor shaft was designed and Modal analysis was performed by finite element method by ANSYS and Campbell diagram were designed separately. Experiential Modal analysis and its comparison with numerical Modal analysis have been used to validate and confirm the designed model. It used the harmonic analysis of the shaft without blades and discs, as well as the shafts with blades and discs for the frequency response of velocity and displacement due to the failure of the screw connecting the two shafts at the edge and medial connection separately and synchronous. The results showed that the frequency response of the compressor shaft velocity in the coupling screw failure at the edge of the screw failure location is about 30% higher than the medial screw failure mode, indicating that the coupling screw failure in the edge has a greater effect on the shaft and rotor behavior in terms of velocity and displacement compared to the medial screw.
Keywords: gas turbine, unbalanced shaft of compressor, dynamic behavior of the rotor, Rolls-Royce gas turbine, Campbelldiagram, screw failure -
در این پژوهش به بررسی عددی جریان داخلی اتمایزر فشار-چرخشی انتها باز پرداخته خواهد شد که کاربرد زیادی در موتور توربین گازی و پیشرانه های فضایی دارد. برای شبیه سازی جریان داخلی اتمایزر از مدل چند فازی حجم سیال بهره گرفته شده است. همچنین به دلیل ماهیت جریان چرخشی داخل اتمایزر از مدل توربولانسی RNG k-ε استفاده گردید. به منظور دستیابی به نتایج بهتر از مش سازمان یافته استفاده شد. در این پژوهش پارامتر های اسپری، نظیر ضخامت فیلم مایع، زاویه چتر پاشش، ضریب تخلیه و کانتورهای توزیع سرعت و فشار موردمطالعه قرار خواهد گرفت. شبیه سازی اتمایزر انتهای باز با نسبت L⁄D=5 و همچنین استفاده از مش سازمان یافته و لحاظ کردن سوخت کروسین برای ایجاد شرایط نزدیک به کارکرد توربین گازی، ازجمله مواردی بود که پژوهش حاضر را با دیگر پژوهش ها متمایز می سازد. همچنین نتایج نشان داد که در فشار 5/0 مگا پاسکال زمان لازم برای رسیدن سوخت در اتمایزر مورداستفاده کمتر از 5/1 میلی ثانیه بوده و نیز با روش حجم سیال علاوه بر مدل جریان های داخل اتمایزر و دست یابی هیدرودینامیک جریان، می توان وجود موج ها و شکست چتر پاشش و تبدیل به قطرات بزرگ تر را مشاهده نمود. زاویه اسپری و ضریب تخلیه برای اتمایزر موردبررسی به ترتیب برابر 8/74 و 17/0 ثبت گردید.
کلید واژگان: مدل چند فازی حجم سیال, مدل توربولانسی, اتمایزر فشاری چرخشی انتها باز, توربین گازی, حل عددیIn this research, the internal flow of open-end pressure-swirl atomizer, which has many applications in gas turbine engines and space propulsion, is investigated numerically. A multi-phase fluid volume model is used to simulate the internal flow of the atomizer. Also, due to the nature of the rotational flow inside the atomizer, the RNG k-ε turbulence model was used. Structured mesh has been used to achieve better results. In this research, spray parameters such as liquid film thickness, spray cone angle, discharge coefficient and velocity and pressure distribution contours have been studied. Simulation of an open-end atomizer with an L⁄D = 5 ratio, as well as the use of a structured mesh and the inclusion of kerosene fuel to create conditions close to the operation of a gas turbine, are among the things that differentiate the present study from other studies. The results also show that at a pressure of 0.5 MPa, the time required to reach the fuel in the atomizer used is less than 1.5 milliseconds and the failure of the to spray cone and turn into larger droplets can be observed. The spray angle and discharge coefficient for the studied atomizer were 74.8 and 0.17, respectively.
Keywords: RNG, Turbulence Model, Open-end pressure-swirl atomizer, Gas Turbine, Numerical study -
در این مطالعه، یک سیستم تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز ارائه شده است. به این منظور ابتدا عملکرد سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک شبیه سازی شده و در ادامه به منظور مشخص کردن کارآیی هر زیر سیستم و میزان تلفات و هدررفت انرژی، عملکرد سیستم از دیدگاه قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته و همچنین آنالیز اقتصادی اگزرژواکونومویک به کار رفته است. در ادامه به منظور نشان دادن تاثیر استفاده از موتور استرلینگ، عملکرد سیستم در دو حالت مختلف با موتور استرلینگ و بدون آن بررسی شده و در نهایت مطالعه پارامتری جامعی به منظور پی بردن به رفتار معیارهای عملکردی سیستم با پارامتر های طراحی انجام شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم ارائه شده در زمان کار با موتور استرلینگ، به ترتیب توانایی تولید kW986، kW 137/5، 8/39 و kg/h 2/96 توان الکتریکی، سرمایش، آب شیرین و هیدروژن خالص را دارد و در این حالت بازده انرژی و اگزرژی سیستم نسبت به حالت بدون موتور استرلینگ حدود 2/96% و 7/89% بهبود یافته به ترتیب برابر با 37/3% و 32/08% محاسبه شده اند. همچنین در این حالت هزینه تولید محصولات سیستم برابر با kWh 0/1086 / $است، که در حالت بدون موتور استرلینگ برابر با kWh0/0998 / $بوده و چیزی در حدود 8/1% کاهش یافته است.کلید واژگان: توربین گاز, بیوگاز, بازیافت حرارتی, تولید چندگانه, موتور استرلینگThis paper presents a novel multi-generation system based on biogas fuel for simultaneous production of goods such as electricity, cooling, freshwater, and hydrogen using smart heat recovery of combustion gases. The performance of the proposed system is investigated in terms of the first and second laws of thermodynamics. Also, to acquire a comprehensive evaluation of operation costs, an exergoeconomic analysis has been performed. Furthermore, a comprehensive parametric study has been conducted to understand the behavior of the system performance parameters with the design parameters. In the following, to show the superiority of using a Stirling engine, the investigation of the present study is performed under two different scenarios. The proposed system could produce 986 kW, 137.5 kW, 8.39 m3/h, and 2.96 kg/h, net output electricity, cooling load, distilled water, and hydrogen while working with the Stirling engine. In this case, the energy and exergy efficiencies of the proposed system are obtained at 37.3% and 32.08%, which are improved by about 2.96% and 7.89%, respectively. In terms of cost metrics, the total unit cost of the products is about 0.1086$/kWh which has increased by 8.1% compared to the non-sterling engine mode.Keywords: Gas Turbine, Biogas, West Heat Recovery, Multi-Generation, Stirling Engine
-
In this research, the performance of different turbulent flow models in the simulation of fluid flow passing through the chain of stator vanes of a turbine has been investigated. In this research, the Reynolds number is considered equal to 23.2×105. In the Navier-Stokes equations, discretization is done using the finite volume method on the computational grid, and Simple algorithm is used to couple the velocity and pressure equations. Different turbulence models include two-equation models, Realizable k-ε, RNG k-ε, SST k-ω and the five-equation model of the Reynolds stress method (RSM). The performance of various turbulent flow models has been investigated by calculating the pressure coefficient obtained from the present work in comparison with the laboratory results in ten different areas of the third blade of the chain. The results show that the accuracy of the aforementioned turbulence models in estimating the static pressure coefficient in different regions of the aforementioned vane chain are slightly different, but the five-equation Reynolds stress model has a better match with the experimental results.
Keywords: Blade chain, stator, gas turbine, turbulent flow models, Reynolds number, pressure coefficient -
در این پژوهش، به کمک نرم افزار المان محدود ANSYS تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر خستگی باقی مانده پره ترک دار ردیف 16 بخش کمپرسور توربین گاز V94.2 تحت تنش های مکانیکی و حرارتی ناشی از دوران، توزیع فشار و دما در بار 100 درصد در حالت پایا مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا، با مدل سازی تقارن محوری قطاع مجموعه دیسک و پره با نسبت 1 به 79، اعمال بارگذاری های ترمومکانیکی، شرایط مرزی و شرایط اولیه مکان هایی از پره که دارای تنش های بالایی هستند شناسایی شده اند. سپس، با مدل سازی ترک با ابعاد مختلف در دو ناحیه بر روی ایرفویل پره کمپرسور به کمک نرم افزار ANSYS ضرایب شدت تنش برای ترک ها به دست می آیند. همچنین، با استفاده رابطه پاریس و استخراج نمودار نرخ رشد ترک برحسب ضریب شدت تنش، عمر باقیمانده در رشد ترک خستگی برای ترک هایی با ابعاد مشخص در این دو ناحیه تخمین زده می شوند. در پایان، با انجام تحلیل مودال فرکانس های کاری پره به دست آمده و با استخراج دیاگرام کمپل، فرکانس تداخل ارتعاشی پره نیز به دست آمده است. نتایج نشان دهنده آن است که برای دو ناحیه ترک اول و دوم بر روی سطح فشاری با افزایش فاصله از ریشه پره کمپرسور عمر باقی مانده پره ترک دار افزایش می یابد.کلید واژگان: توربین گاز, پره ترک دار کمپرسور, تخمین عمر خستگی, مکانیک شکست, تحلیل مودالIn this research, the fracture mechanics analysis for the 16th stage of a V94.2 gas turbine compressor blade under mechanical and thermal stresses due to rotation, pressure and temperature distributions in the full load steady state condition is studied using ANSYS finite element software. Modelling asymmetric sector of a balde-disk assembly with a ratio of 1 to 79, applying thermomechanical loading, boundary conditions and initial conditions, locations with high stress levels on the blade airfoil are recognized. Then, using ANSYS software to model some cracks with different sizes in two specified locations on the airfoil, the stress intensity factors are calculated. Moreover, by applying Paris relation, crack growth rate with respect to the stress intensity factors are drawn to estimate remaining life in the fatigue crack growth for the cracks with initial dimensions in these two locations. Finally, doing modal analysis, the operating frequencies of the blade are calculated and the Kampbell diagram, the interacting frequencies for the blade are also specified. The obtained results show that for these two cracks locations on the pressure side of the blade airfoil, by increasing the distance along the root of the compressor blade, the remaining life of the cracked compressor blade increases, accordingly.Keywords: Gas Turbine, Compressor cracked blade, Fatigue life estimation, Fracture Mechanics, Modal Analysis
-
این مطالعه با هدف انجام شبیه سازی سه بعدی سیستم خنک کاری داخلی توربین گاز برای حالت ثابت و چرخان در ناحیه میانی کانال های صاف چهارگذره جهت ارزیابی جریان سیال و انتقال گرمای آشفته انجام شده است. هندسه خم به حالت U-شکل تغییر کرده و پره راهنما در ناحیه خم به منظور افزایش عملکرد کلی کانال خنک کننده نصب شده است. نتایج معادلات حاکم با استفاده از مدل آشفتگی تنش رینولدز به دست آمده است. کانال های خنک کننده در سه عدد رینولدز مختلف از 20000 تا 60000 و عدد چرخش 13/0 شبیه سازی شده است. تاثیر پره ی راهنما در ناحیه ی خم U-شکل، علاوه بر کاهش ناحیه ی حباب جدایش و چرخش سیال در جریان بالا دست خم، باعث ساختار جریان یکنواخت تر در ناحیه خم و گذرگاه بعدی می شود. بطوری که اصلاح خم و استفاده از پره هدایتگر جریان نسبت به هندسه مبنا در حالت ثابت افت فشار و ضریب عملکرد حرارتی را به ترتیب در حدود4/13% کاهش و 5/22% افزایش می دهد. اثرگذاری پره راهنما بر میزان انتقال گرما در حالت چرخان محسوس نمی باشد، اما به دلیل کاهش افت فشار سبب افزایش میزان ضریب عملکرد حرارتی تا 4/9% خواهد شد.کلید واژگان: توربین گاز, خنک کاری داخلی, کانال های چهار گذره, مدل توربولانسی تنش رینولدزی, پره ی راهنما, عملکرد حرارتیThis study is aims to perform three-dimensional simulation gas turbine internal cooling system for stationary and rotating mode at the middle region of four-pass smooth channels to assess fluid flow and turbulent heat transfer. The geometry of bend has been changed to U-shape turn and the guide vane in the bending region is Installed in order to enhance higher overall performance the cooling channel. The results of the governing equations are obtained using the Reynolds stress turbulence model. cooling channels are simulated in three different Reynolds numbers ranges from 20,000 to 60,000 and the rotation number of 0/13. The effect of the guide vanes on the U-shaped bend region, in addition to reducing the separation bubble area and circulation fluid in the upstream bend flow, it causes more uniform flow structure in the bend region and subsequent passage. So that the correction of bend and the use of flow guide vane to the base geometry in the case stationary of pressure drop and the coefficient of thermal performance decreases by about 13.4% and increases by 22.5%, respectively. The effect of the guide van on the amount of heat transfer in the rotating state is not noticeable, but due to the reduction of pressure drop, it increases the coefficient of thermal performance up to 9.4%.Keywords: Gas turbine, Internal cooling, four-pass channels, RSM model, Turning vane
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.