Análise paramétrica de câmara de combustão de turbinas a gás utilizando dinâmica dos fluidos computacional.

Abstract

Este trabalho realizou uma análise paramétrica da aerodinâmica, da combustão e das emissões de poluentes (CO e NO) em CFD de uma câmara de combustão de uma turbina a gás de 600 kW, na condição nominal e em regime permanente, para chamas parcialmente prémisturadas e difusas utilizando gás natural e biogás como combustível. Uma câmara de combustão anular de uma turbina a gás de 50kW fabricada pela Solar Turbines foi utilizada como progenitora para o projeto de uma câmara de combustão para uma turbina a gás de 600 kW, utilizando o escalonamento aerodinâmico. Projeto de novos bicos injetores de combustível para chama parcialmente pré-misturada e difusa foram desenvolvidos e resultaram num desempenho aerodinâmico satisfatório e suas eficiências foram comprovadas através dos resultados obtidos. As simulações numéricas em CFD foram realizadas utilizando as condições de contorno iniciais fornecidas pelo GateCycle (software comercial para simulação de ciclos térmicos), sendo que a vazão em massa de combustível fornecida teve que sofrer alguns ajustes para obter a temperatura de projeto na entrada da turbina. A câmara de combustão foi projetada para operar com gás natural. Com a mesma geometria projetada para o gás natural, foram realizadas simulações numéricas em CFD utilizando o biogás como combustível. Os modelos de combustão utilizados foram Flamelet Model (FM) para chama difusa e Burning Velocity Model (BVM) para chama parcialmente pré-misturada. O modelo de turbulência utilizado em todas as simulações foi o Shear Stress Tensor (SST). O Modelo de turbulência SST e o modelo de combustão Flamelet Model foram validados. A análise da combustão, da aerodinâmica e de emissões de poluentes (CO e NO) foi apresentada através dos perfis de temperatura, pressão, velocidade e emissões, para chamas parcialmente pré-misturadas e difusas, quando utilizado gás natural e biogás como combustível.