Theoretical studies of variable geometry - hot section of miniature jet engine

Maciej Chmielewski , Szymon Fulara , Marian Gieras

Abstract

The aim of this article is to present the results of theoretical studies regarding the use of variable geometry hot section of a miniature gas turbine. The variable geometry combustor and variable area nozzle concepts for GTM-120 miniature jet engine are presented in particular. Recent trends of propulsion system size reduction, low-emission combustion and improved fuel efficiency have been considered. A system of variable geometry combustor and variable area nozzle has been proposed as solution. The basic zero-dimensional analytical models for variable geometry combustor and variable area nozzle are developed. Chemkin based model shows significant NOX/CO emissions reduction and combustor outlet enthalpy increases with the use of variable geometry combustor chamber. The analytical model of the variable area nozzle has been proposed. It shows turbine effectiveness increase across its operating range by raising the compressor working line. As a result, noticeable turbine stage efficiency increase has been obtained. Finally, physical implications and future work plans regarding variable geometry hot section of miniature gas turbines are discussed.
Author Maciej Chmielewski ITC
Maciej Chmielewski,,
- The Institute of Heat Engineering
, Szymon Fulara ITC
Szymon Fulara,,
- The Institute of Heat Engineering
, Marian Gieras ITC
Marian Gieras,,
- The Institute of Heat Engineering
Journal seriesJournal of KONES, ISSN 1231-4005, e-ISSN 2354-0133
Issue year2016
Vol23
No2
Pages69-80
Publication size in sheets0.55
Keywords in Polishminiaturowa turbina gazowa, zmienna geometria, komora spalania, dysza turbiny, wydajność
Keywords in Englishsmall gas turbine, variable geometry, combustor chamber, turbine nozzle, Efficiency
Abstract in PolishW niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań teoretycznych dotyczących stosowania zmiennej geometrii gorącej części miniaturowego silnika turbinowego. W szczególności rozważono zastosowanie zmiennej geometrii komory spalania i zmiennej geometrii dysz wlotowych turbiny dla miniaturowego silnika turboodrzutowego, w kontekście poprawy efektywności spalania i zmniejszenia zużycia paliwa oraz obniżenia emisji szkodliwych substancji. W tym celu rozwinięto odpowiednie zero-wymiarowe modele analityczne, na bazie których w oparciu o kod Chemkin wykazano znaczące obniżenie emisji NOX i emisji CO oraz wzrost wylotowej entalpii spalania. Zastosowanie zmiennej dyszy kierunkowej pozwoliło na zwiększenie efektywności pracy turbiny w całym zakresie roboczym poprzez podniesienie linii roboczej sprężarki. Na zakończenie rozważono możliwość badania i realizacji zmiennej geometrii gorącej sekcji w rzeczywistych miniaturowych turbinach gazowych.
DOIDOI:10.5604/12314005.1213559
URL http://www.kones.eu/ep2016_2.html
Languageen angielski
Score (nominal)14
ScoreMinisterial score = 14.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 14.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Citation count*0
Cite
Share Share

Get link to the record
msginfo.png


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back