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A robust one-dimensional approach for the performance evaluation of turbines driven by pulsed detonation combustion

Asli, Majid und Garan, Niclas und Neumann, Nicolai und Stathopoulos, Panagiotis (2021) A robust one-dimensional approach for the performance evaluation of turbines driven by pulsed detonation combustion. Energy Conversion and Management, 248, Seite 114784. Elsevier. doi: 10.1016/j.enconman.2021.114784. ISSN 0196-8904.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890421009602

Kurzfassung

Among the solutions to reduce emissions from stationary gas turbines, replacing conventional combustion through pressure gain combustion is one of the most promising options. Nevertheless, coupling pressure gain combustion with a turbine can result in increased losses within the cycle, mainly because of the resulting very unsteady turbine inflow conditions. A reliable simulation tool can help to overcome this challenge and optimize turbine geometries and designs for the specific application. The harsh unsteady flow downstream of pressure gain combustors makes three-dimensional CFD computationally expensive. Thus, the development of a fast computational method is crucial. This paper introduces and explores such an alternative methodology. A one-dimensional Euler gas dynamic approach is combined with blade source terms, computed out of a steady-state turbine meanline analysis. To evaluate the methodology, three-dimensional CFD simulations are performed in parallel and the results are compared with those of the 1D method. The energy extraction of a turbine expander is computed with both methods for three different configurations of pulsed detonation combustor arrays connected at the turbine inlet. The results show that the proposed approach is capable of simulating the turbine in such an unsteady environment accurately. Additionally, it is indicated that around 45 of the total unsteadiness is damped throughout the first blade row, which is almost irrespective of the inlet fluctuation amplitude. Due to its accuracy and very low computational cost, the developed methodology can be integrated into optimization loops in the early design and development stages of turbomachinery for pressure gain combustion applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147762/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A robust one-dimensional approach for the performance evaluation of turbines driven by pulsed detonation combustion
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Asli, MajidNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garan, NiclasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, NicolaiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stathopoulos, PanagiotisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 September 2021
Erschienen in:Energy Conversion and Management
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:248
DOI:10.1016/j.enconman.2021.114784
Seitenbereich:Seite 114784
Verlag:Elsevier
ISSN:0196-8904
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Pressure gain combustion, Unsteady simulation, Turbine performance, 1D-Euler, Pulsed detonation combustion
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HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
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DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Hinterlegt von: Stathopoulos, Panagiotis
Hinterlegt am:17 Dez 2021 16:21
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:49

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