Riduzione delle emissioni inquinanti delle turbine a gas
Un problema fondamentale per i progettisti di turbine a gas è stato lo sviluppo di sistemi a combustibile liquido rispettando le rigide normative sulle emissioni senza penalizzare il funzionamento. Recenti sviluppi hanno consentito di ottenere sistemi di combustione che producono livelli contenuti di emissioni chimiche indesiderate, con una riduzione delle emissioni di ossidi di azoto (NOx); la combustione in questi sistemi, però, si è rivelata instabile. Questo problema è stato analizzato nell'ambito del progetto MUSCLES, che approfondito la modellazione teorica delle oscillazioni che si generano automaticamente all'interno della camera di combustione. L'incremento nella trasmissione del calore, che causa queste intense oscillazioni di pressione da cui potrebbero scaturire anche danni strutturali, produce anche onde sonore. Le condizioni di immissione della miscela di aria e carburante sono perturbate dalle onde sonore, che peggiorano l'instabilità della combustione. L'obiettivo principale dei partner del progetto dell'università di Rouen era lo studio dell'effetto diretto delle oscillazioni di pressione nella vaporizzazione del getto nebulizzato di carburante in fase di alimentazione. A tale scopo, è stato adottato un approccio teoretico non lineare, in cui la non linearità si concretizza nella saturazione nella risposta della fiamma. Ciò avviene essenzialmente quando le oscillazioni di pressione diventano così intense che il flusso di aria e carburante si inverte quando il rilascio di calore è ancora in aumento. Sono state eseguite simulazioni DNS (Direct Numerical Simulation) delle onde di pressione applicate a un ammasso di goccioline dapprima per un flusso stratificato, includendo poi nel modello una turbolenza omogenea. I risultati, assieme a nuovi modelli basati su calcoli RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) o LES (Large Eddy Simulation), sono stati confermati con i dati sperimentali ricavati dal laboratorio EM2C. Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando una configurazione a elevato controllo, in cui le onde acustiche generate da un motore posto nella parte inferiore del bruciatore di carburante interagivano con una fiamma nebulizzata turbolenta. I modelli finali saranno sintetizzati in un modello globale, che sarà in grado di prevedere la frequenza e soprattutto l'ampiezza delle oscillazioni di pressione. Nel prossimo futuro, la progettazione e la regolazione di sistemi di combustione potrebbe garantire non solo emissioni limitate, ma anche una combustione stabile.