DESIGN AND MODELLING OF BIODIESEL FUELED COMBUSTION CHAMBER

Azab, A K; Elkady, M A; Ismail, Tamer M

doi:10.21608/auej.2020.120373

DESIGN AND MODELLING OF BIODIESEL FUELED COMBUSTION CHAMBER

Document Type : Original Article

Authors

¹ Department of Mechanical Engineering, Al-Azhar University, Cairo, Egypt.

² Department of Mechanical Engineering, Suez Canal University, Ismailia, Egypt.

10.21608/auej.2020.120373

Abstract

Gas turbines combustion chambers (CC) are considered compact, high thermal power generator with low emissions when compared with conventional burners. The hot gases exiting from the gas turbine CC are of moderate temperature range (900 to 1100 K). Large quantities of homogeneous temperature distribution gases can be attained. Many industrial heating applications requires homogeneous and moderate temperature heating medium. The present study main objective is to design a combustor for heating purposes based on the main concept of the technology employed in gas turbine combustor design. The study includes the development of a 3D CFD numerical model for the design purposes. The model is of variable thermal power generation ranging from 50 to 100 kW. The aim of the experimental part of the study is to validate the developed CFD model. The combustor operated with liquid bio fuel as an alternative of depleting fossil fuel, and having better environmental impact. Good agreement was attained between the numerical and the experimental results. The total pressure loss in the combustor was less than 7%. The exhaust gas analysis for 100 kW thermal power revealed very low NOx emissions around 0 ppm and low CO₂ mole fraction of 1.8 %. A homogeneous exit temperature of average 800 ^oC was attained. Simulation results indicated that the suggested design produce good mixing and air penetration.

تعتبر غرفة الإحتراق الخاصة بالتوربينات الغازية من التطبيقات الهامة في توليد کمية کبيرة من الطاقة الحرارية من حجم صغير و مدمج و بأقل نسبة إنبعاثات وعوادم ضارة بالمقارنة بالأفران التقليدية المستخدمة في التطبيقات الحرارية ، تولد غرفة الإحتراق غازات ساخنة (نواتج الحريق) بدرجات حرارة عالية تکون في المتوسط من 900 إلى 1100 درجة مئوية ، کما يمکن إستخراج کميات کبيرة من الغازات الحرارية کافية للإستخدام في العديد من التطبيقات الحرارية ، کما أن العديد من التطبيقات الصناعية تحتاج إلى مصادر للطاقة الحرارية بدرجات حرارة متوسطة و عالية ، الهدف الرئيسي من الدراسة الحالية هو تصميم غرفة إحتراق للعمل کمصدر للطاقة الحرارية عن طريق إستخدام الأساليب التقنية المتبعة في تطبيقات غرفة الإحتراق الخاصة بالتوربينات الغازية ، الدراسة تشتمل على عمل نموذج رياضي ثلاثي الأبعاد و تطويره لعمل دراسة دقيقة على التصميم الجديد القادر على توليد کميات مختلفة من الطاقة الحرارية من 50 إلى 100 کيلو وات ، کما تم عمل نموذج عملي للتصميم المقترح و ذلک للتأکد من مطابقة النموذج النظري بالنموذج العملي و بالتالي صلاحية إستخدام النموذج الرياضي ثلالثي الأبعاد ، کما أن غرفة الإحتراق تعمل بالوقود الحيوي کبديل للوقود الأحفوري التقليدي وذلک لأن الوقود الحيوي مصدر للطاقة المتجددة و يولد إنبعاثات أقل من الوقود التقليدي و بالتالي يحافظ على البيئة ، وخلصت الدراسة إلى أن النموذج المطور نظريا متطابق مع العملي ، کما أن معد الفقد في الضغط لا يتعدى نسبة 7 % من الضغط الکلي ، کما أن تحليل الغازات الناتجة من الإحتراق أظهر کفاءة عالية للحريق و کمية إنبعاثات قليلة جدا تصل إلى الصفر بالنسبة لأکاسيد النيتروجين وتصل إلى 1.8 %کسر مولي بالنسبة لثاني أکسيد الکربون ، کما أن متوسط درجة حرارة الغازات الناتجة 800 درجة مئوية .

Keywords