CFD analysis of a heavy duty gas turbine combustor system with inlet bleed heating

The technological advancement in the field of turbomachinery is constantly evolving and thanks to the parallel growth of the performance of modern computers, the CFD simulations (Computational Fluid-Dynamic) has now become a necessary tool to assist expensive experimental tests. In this work we analyzed the revamping of the inlet system to the combustion of the General Electric gas turbine MS3002. The analysis was conducted with the aid of thermo-fluid-dynamic finite volume method commercial software, computational approach aimed at modeling with RANS tecnique (Reynolds Average Navier-Stokes) the operation of the combustion system and get essential information on the inclusion of extractions for IBH (Inlet Bleed Heating). The first part of the work, after carrying out an analysis and functional simplification of the complex geometry, was devoted to the determination of the boundary conditions. Otherwise, in the second part the work was focused on the simulations of the combustor system of the machine, in different operating configurations, imposed by the real load conditions of the gas turbine. Therefore, this paper aims to provide important data on the fluido-dynamic interaction between the bleeds mentioned above and the inlet of the combustion chambers. At the moment, an experimental campaign to validate the results obtained with the models developed by this work is in progress.

Il progresso tecnologico nel campo delle turbomacchine è in continua evoluzione e grazie alla parallela crescita delle prestazioni dei moderni calcolatori, la tecnica di simulazioni CFD (Computational Fluid-Dynamic) è divenuta ormai uno strumento necessario per coadiuvare costose prove sperimentali. In questo lavoro è stato analizzato il revamping del sistema di alimentazione alla combustione della turbina a gas MS3002 di General Electric. L'analisi è stata condotta con l'ausilio di software commerciali ai volumi finiti di termo-fluidodinamica computazionale, volti a modellare con approccio RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) il funzionamento del componente in esame e ricavare informazioni essenziali in merito all'inserimento di spillamenti per IBH (Inlet Bleed Heating). La prima parte del lavoro, dopo aver proceduto ad un'analisi e semplificazione funzionale della complessa geometria, è stata dedicata alla determinazione delle condizioni al contorno. Nella seconda parte, invece, il lavoro si è focalizzato sulle simulazioni del tratto di macchina interessato in diverse configurazioni di funzionamento, dettate dalle reali condizioni di utilizzo della turbina a gas. Questo lavoro si propone quindi di fornire importanti dati sull'interazione fluidodinamica tra gli spillamenti sopra citati e l'alimentazione delle camere di combustione. Al momento è in corso una campagna sperimentale volta a validare i risultati ottenuti con i modelli sviluppati.