Combustione in micro-turbine a gas

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MCFD31

Combustione in micro-turbine a gas

L’utilizzo di simulatori numerici nel campo dei sistemi stazionari per la conversione di energia ha diverse motivazioni in quanto consente al ricercatore di:

  • ottenere informazioni più complete ed esaustive attraverso il confronto fra dati sperimentali e risultati delle simulazioni numeriche;
  • estendere il campo operativo delle macchine a condizioni di prova ritenute critiche o non sicure per l’impianto;
  • approfondire scenari innovativi in termini di scelte impiantistiche (sistemi integrati) e/o adozione di combustibili alternativi, senza alcun rischio per l’impianto sperimentale;
  • individuare soluzioni tecnologiche innovative sia in termini di schema d’impianto che dei singoli componenti.

In particolare, all’interno delle attività previste nei progetti cui partecipa l’Istituto Motori, lo studio del comportamento di micro turbine a gas nell’ambito di sistemi integrati per la generazione distribuita di energia non può prescindere dall’adozione di differenti simulatori numerici: attraverso modelli termodinamici e simulazioni stazionarie 0D di matching fra i componenti, è possibile valutare i domini operativi delle macchine e verificarne flessibilità e versatilità al variare dei combustibili utilizzati e delle scelte impiantistiche adottate; simulazioni CFD 2D o 3D del combustore permettono poi di studiare in maniera approfondita le complesse problematiche e le criticità del processo di combustione introdotte dall’adozione di combustibili alternativi, siano essi syngas o biocombustibili liquidi.
Per le simulazioni numeriche 0D sono utilizzati codici di calcolo non commerciali, mentre per le simulazioni CFD 2D e 3D sono utilizzati i software commerciali presenti nel pacchetto ANSYS: Fluent e CFX.
Per quanto concerne le simulazioni CFD 2D e 3D della camera di combustione delle turbine a gas, di grande importanza è l’individuazione dei modelli di turbolenza e combustione, nonché dei meccanismi di cinetica chimica più adatti alla tipologia del caso oggetto di studio, al variare sia della geometria che del combustibile (se liquido o gassoso, se tradizionale o alternativo, come biocombustibili liquidi derivati da oli vegetali o syngas e miscele di metano/idrogeno).


Profili di velocità, combustore della micro turbina a gas Turbec T100 in configurazione di alimentazione con combustibili liquidi


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