Numerische Simulation von Zweiphasenströmungen in dem Ansaugtrakt einer Gasturbine zur Optimierung des austretenden Strömungsbildes

Abstract

In dieser Masterarbeit sind die Ergebnisse von numerischen Zweiphasensimulationen des Ansaugtraktes einer Gasturbine dargestellt, welche der Optimierung des austretenden Strömungsbildes dienen. Strömungsinhomogenitäten können den angrenzenden Verdichter beschädigen. In den simulierten Ansaugtrakt wurde Wasser eingedüst, um den Luftstrom zu kühlen und somit die Leistung der Gasturbine zu steigern. Anhand der Simulationen wurden Inhomogenitäten des austretenden Strömungsbildes aufgezeigt. Um die auftretenden Unstetigkeiten zu minimieren wurden Optimierungsansätze erarbeitet. Inhomogenitäten der Temperatur und der Feuchtebeladung sind nicht stark ausgeprägt und könnten durch zusätzliches Eindüsen von Wassertropfen an definierter Stelle angeglichen werden. Unterschiede in der Geschwindigkeit und aufgezeigte Turbulenzen sind Geometriebedingt. Diese können durch eine Anpassung der Geometrie und durch die Verwendung von Leitblechen minimiert werden.

This master thesis presents the results of numerical two-phase flow simulations of a gas turbine inlet duct for optimisation of the outgoing flow pattern. To raise the performance of the gas turbine, water was sprayed into the air stream inside the inlet duct to cool it down. Inhomogeneities of the outgoing air flow pattern are revealed, which can damage the compressor of the gas turbine. Approaches to minimise these inhomogeneities are elaborated upon. Discontinuities of the temperature and the mass fraction were found to be insignificant but can be adjusted by using an additional water spray system. Differences in flow velocities and turbulences are conditioned by the geometry of the inlet duct. These can be reduced by changing the geometry and through the use of guide plates.