Descripción del proyecto
Dinámica de la llama para pulverización en cámaras de combustión de turbinas de gas
Las turbinas de gas tienen una amplia gama de aplicaciones en los sectores de la generación de energía y la aviación. Las normas sobre emisiones, cada vez más restrictivas, han dado como resultado nuevos diseños de cámaras de combustión capaces de funcionar con una pequeña cantidad de combustible, lo cual reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno. Estos nuevos diseños y sus condiciones de funcionamiento optimizadas promueven las inestabilidades termoacústicas, es decir, oscilaciones peligrosas debidas al acoplamiento resonante entre la combustión y los modos acústicos de un sistema. Puesto que estas inestabilidades pueden provocar el fallo mecánico de los componentes del sistema, es necesario evitarlas. El proyecto CLEANERFLAMES, financiado con fondos europeos, estudiará estos fenómenos inestables de combustión en el caso de la inyección de un combustible líquido mediante pulverización utilizando una combinación de enfoques experimentales y numéricos. Una mayor comprensión contribuirá a obtener diseños destinados a mejorar la estabilidad y el rendimiento de los motores.
Objetivo
This project is focused on the fundamental problem of combustion dynamics that has many practical implications. It specifically considers annular systems like those used in land based gas turbines and aeroengines. The corresponding combustors feature new architectures that reduce pollutant NOx emissions to comply with increasingly stringent regulations. However, these new designs and the essentially lean premixed mode they employ also promote a resonant coupling between combustion and acoustic modes. These combustion instabilities have many detrimental effects leading in extreme cases to mechanical failure. Despite the large number of investigations concerning instabilities arising with premixed flames yet few are the studies dealing with cases where the fuel is injected as a spray. Furthermore, the limited availability of engine data is a further obstacle for these studies in a real combustor. The present project aims to fill this gap of knowledge by proposing combined numerical and experimental investigations on spray flame dynamics and spray flame coupling with azimuthal modes in annular systems. The project first focuses on the analysis of the nonlinear response of a single spray flame to incoming acoustic perturbations via Large Eddy Simulations. The study is then extended to a multiple swirl spray injector injector system to investigate the impact on the flame response of the interaction between multiple adjacent flames. Numerical results are compared with experiments carried out in unique facilities available at EM2C Laboratory including the annular MICCA-Spray combustor. Theoretical and numerical procedures involving advanced coupling of the combustor acoustics with the obtained flame responses are developed to predict the limit cycles observed during experiments. Finally, the combustion dynamics observed experimentally in a Safran Aircraft Engine combustor will be investigated to verify the transferability of the developed techniques to a full-scale system.
Ámbito científico
Programa(s)
Régimen de financiación
MSCA-IF-EF-SE - Society and Enterprise panelCoordinador
31057 Toulouse Cedex
Francia