CFD Analysis of NG/H2 Combustion in a Diffusive Gas Turbine Burner

Considerando una continua crescita della domanda di energia e, allo stesso tempo, la necessità di una riduzione delle emissioni inquinanti, dettata dai cambiamenti climatici, è necessario trovare soluzioni alternative e più sostenibili alle fonti energetiche tradizionali. In questo contesto, l'idrogeno rappresenta una valida alternativa ai combustibili convenzionali come il gas naturale. La sua elevata reattività estende i limiti di infiammabilità e favorisce la velocità e la propagazione della fiamma. L'efficienza di combustione porta ad una riduzione delle emissioni. Tuttavia, allo stesso tempo, ci sono solo alcuni problemi che emergono nel campo della stabilizzazione della fiamma e della sicurezza. Oggetto della tesi è una turbina a gas per impieghi gravosi, senza combustione premiscelata. In questo studio sono state eseguite sul combustore delle simulazioni 3D-CFD in varie condizioni, le quali hanno consentito un confronto ottimale dei risultati ottenuti. In primo luogo, è stata effettuata un'analisi delle condizioni del Base Load (caso base 100% metano). Tale analisi è stata poi confrontata con i risultati del Base Load ottenuti su un combustore simile, sul quale era stato condotto lo stesso studio. Nonostante la geometria sia stata progettata per un utilizzo con il gas naturale, il fulcro dello studio sono le miscele realizzate con l'idrogeno. Pertanto, è stato possibile comprendere e quantificare l'impatto dell'idrogeno nel processo di combustione confrontando direttamente i risultati ottenuti. La temperatura dei gas all’uscita combustore-ingresso turbina è stato uno dei parametri più considerati, ed attraverso un modello 0D su MATLAB è stato possibile stimarla insieme alla quantità di combustibile. Le conoscenze e i risultati ottenuti rappresentano la base per ulteriori studi e future modifiche progettuali nella geometria del combustore.