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Publication
CFD Analysis of Alcohol-to-Jet Fuel Combustion in a CFM56-3 Combustor
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 19.54 MB | Adobe PDF |
Authors
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Abstract(s)
The aviation industry’s heavy reliance on fossil fuels significantly contributes to polluting
emissions, exacerbating global warming and degrading air quality, prompting the urgent
need for sustainable alternatives. One promising solution is the use of Sustainable Aviation Fuels (SAFs), which offer a viable alternative to conventional jet fuel. Among them,
Alcohol-to-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene (ATJ-SPK), a bio-derived fuel, has shown
potential to reduce aviation’s environmental impact. This study presents a Computational
Fluid Dynamics (CFD) analysis of ATJ-SPK combustion in a CFM56-3 combustor using
ANSYS Fluent, employing the Reynolds Stress Model (RSM) as the viscous model. The
research focuses on comparing the emissions of ATJ-SPK with those of conventional Jet
A fuel while assessing ATJ-SPK’s viability as a drop-in replacement. The analysis was
conducted across the power settings of the ICAO Landing and Take-Off (LTO) cycle, evaluating key combustion characteristics such as temperature distribution, emissions, and
efficiency.
Results indicate that ATJ-SPK exhibits similar combustion behaviour to Jet A, demonstrating its potential as a sustainable alternative fuel. Notably, NOx emissions show a
reduction across all power settings, particularly at full power, suggesting environmental
benefits. CO emissions, however, require further validation due to inconclusive trends.
Importantly, the simulation results align well with experimental data, particularly in key
parameters like outlet temperature, reinforcing the reliability of the CFD approach. These
findings support the feasibility of ATJ-SPK as a viable replacement for conventional jet
fuel, contributing to aviation’s transition toward sustainability.
A forte dependência de combustíveis fósseis no sector da aviação contribui significativamente para as emissões poluentes, agravando o aquecimento global e degradando a qualidade do ar, o que torna urgente a necessidade de alternativas sustentáveis. Uma solução promissora é a utilização de combustíveis de aviação sustentáveis (SAF), que oferecem uma alternativa viável ao combustível para aviação convencional. Entre eles, o Alcoholto-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene (ATJ-SPK), um combustível de origem biológica, demonstrou potencial para reduzir o impacto ambiental da aviação. Este estudo apresenta uma análise de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) da combustão do ATJSPK num combustor CFM56-3, utilizando o ANSYS Fluent, aplicando o modelo de tensões de Reynolds (RSM) como modelo viscoso. A investigação foca-se na comparação das emissões do ATJ-SPK com as do combustível Jet A convencional, ao mesmo tempo que avalia a viabilidade do ATJ-SPK como um substituto imediato. A análise foi realizada para os diferentes regimes de potência do ciclo de aterragem e descolagem (LTO) da ICAO, avaliando as principais caraterísticas de combustão, tais como a distribuição da temperatura, as emissões e a eficiência. Os resultados indicam que o ATJ-SPK apresenta um comportamento na combustão semelhante ao do Jet A, demonstrando o seu potencial como combustível alternativo sustentável. Nomeadamente, as emissões de NOx registam uma redução em todos os regimes de potência, particularmente na potência máxima, o que sugere benefícios para o ambiente. As emissões de CO, no entanto, requerem validação adicional devido a tendências inconclusivas. Importa salientar que os resultados da simulação apresentam uma boa concordância com os dados experimentais, especialmente em parâmetros importantes como a temperatura de saída, reforçando a fiabilidade da abordagem CFD. Estes resultados sustentam a viabilidade do ATJ-SPK como substituto do combustível para aviação convencional, contribuindo para a transição do setor da aviação para a sustentabilidade.
A forte dependência de combustíveis fósseis no sector da aviação contribui significativamente para as emissões poluentes, agravando o aquecimento global e degradando a qualidade do ar, o que torna urgente a necessidade de alternativas sustentáveis. Uma solução promissora é a utilização de combustíveis de aviação sustentáveis (SAF), que oferecem uma alternativa viável ao combustível para aviação convencional. Entre eles, o Alcoholto-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene (ATJ-SPK), um combustível de origem biológica, demonstrou potencial para reduzir o impacto ambiental da aviação. Este estudo apresenta uma análise de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) da combustão do ATJSPK num combustor CFM56-3, utilizando o ANSYS Fluent, aplicando o modelo de tensões de Reynolds (RSM) como modelo viscoso. A investigação foca-se na comparação das emissões do ATJ-SPK com as do combustível Jet A convencional, ao mesmo tempo que avalia a viabilidade do ATJ-SPK como um substituto imediato. A análise foi realizada para os diferentes regimes de potência do ciclo de aterragem e descolagem (LTO) da ICAO, avaliando as principais caraterísticas de combustão, tais como a distribuição da temperatura, as emissões e a eficiência. Os resultados indicam que o ATJ-SPK apresenta um comportamento na combustão semelhante ao do Jet A, demonstrando o seu potencial como combustível alternativo sustentável. Nomeadamente, as emissões de NOx registam uma redução em todos os regimes de potência, particularmente na potência máxima, o que sugere benefícios para o ambiente. As emissões de CO, no entanto, requerem validação adicional devido a tendências inconclusivas. Importa salientar que os resultados da simulação apresentam uma boa concordância com os dados experimentais, especialmente em parâmetros importantes como a temperatura de saída, reforçando a fiabilidade da abordagem CFD. Estes resultados sustentam a viabilidade do ATJ-SPK como substituto do combustível para aviação convencional, contribuindo para a transição do setor da aviação para a sustentabilidade.
Description
Keywords
Alcohol-to-Jet Análise Cfd Ansys Fluent Cfm56-3 Combustíveis de Aviação Sustentáveis Combustor Emissões