Diseño y análisis numérico de una cámara de combustión anular

Abstract

El diseño de una cámara de combustión para turbinas de gas se considera tanto una ciencia como un arte. Este estudio presenta una metodología integral para el diseño de una cámara de combustión anular adaptada a las condiciones de operación de un motor CFM-56, un motor turbofán de alta relación de derivación ampliamente utilizado. El proceso de diseño implicó el cálculo de los criterios básicos y las dimensiones de la carcasa, la camisa, el difusor y el remolino, seguido de un análisis de las secciones de enfriamiento de la camisa. Se realizaron simulaciones numéricas con el software NUMECA y la herramienta de mallado HEXPRESS para predecir el comportamiento y el rendimiento de la cámara de combustión, empleando el modelo de turbulencia κ-ε y el modelo de combustión Flamelet. Se utilizó metano como combustible y se realizaron simulaciones para tres ángulos de inyección de combustible: axial, 45° y 60°. Los resultados demuestran que la cámara de combustión está correctamente dimensionada y logra una combustión completa en todas las configuraciones. La relación de presión es de 0,96, superando los criterios mínimos de diseño. Además, las emisiones de hidrocarburos no quemados son nulas, mientras que los niveles de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono se encuentran por debajo de los límites regulatorios. Estos hallazgos validan la metodología de diseño propuesta, garantizando un rendimiento eficiente y respetuoso con el medio ambiente de la cámara de combustión.