Iniezione di acqua in camera di combustione di turbine a gas: sviluppo di un modello di calcolo evaporativo

La tesi è focalizzata sull'iniezione di acqua in camera di combustione delle turbine a gas; l'iniezione di acqua ha lo scopo di limitare la temperatura in camera di combustione per ridurre gli ossidi di azoto ed ottenere contemporaneamente un incremento delle prestazioni. La parte iniziale della tesi è dedicata alla descrizione degli ossidi di azoto come composti inquinanti, gli effetti principali sull'ambiente e la cinetica chimica che porta alla loro formazione. Segue quindi una descrizione generale dei gruppi turbogas con particolare riferimento all'architettura della camera di combustione e alle tecnologie utilizzate per la riduzione degli ossidi di azoto. Nella parte centrale è introdotta la descrizione matematica del modello evaporativo a singola goccia utilizzato per determinare l'andamento delle principali grandezze coinvolte nel processo analizzato; in particolare è stato sviluppato un codice di calcolo con l'ausilio del software MATLAB per determinare il punto di fine evaporazione delle gocce introdotte. Con il codice ottenuto sono state effettuate simulazioni al variare delle condizioni operative del turbogas ed ambientali; le simulazioni effettuate hanno permesso l'individuazione del caso più sfavorevole in termini di input per la velocità di evaporazione ed hanno portato ad una stima del diametro limite della goccia che assicura la completa evaporazione entro una determinata quota spaziale. L'evaporazione deve essere completa per evitare l'ingresso di gocce residue a contatto diretto con la zona di fiamma. Nella parte finale sono state effettuate delle simulazioni tramite l'ausilio del software Thermoflex per determinare le variazioni delle principali grandezze operative del turbogas in seguito all'iniezione di acqua e i risultati ottenuti sono stati poi confrontati con il ciclo base.