بررسی عددی و تجربی تأثیر درجه هم‌پوشانی استاتورهای هم‌گرا- واگرا بر عملکرد توربین فراصوت در شرایط پذیرش جزئی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

چکیده

این مقاله بررسی عددی و تجربی تأثیر درجه‌ی هم‌پوشانی استاتورهای هم‌گرا- واگرا بر روی عملکرد توربین فراصوت ضربه‌ای در شرایط پذیرش جزئی را ارائه می‌دهد. مدل مورد مطالعه، یک توربین کوچک با نسبت فشار بزرگ است که به‌منظور تولید کار ویژه بالا در سامانه تغذیه موتورهای سوخت مایع استفاده می‌شود. به‌سبب کم بودن دبی جرمی سیال کاری، توربین در شرایط پذیرش جزئی استفاده می‌شود. استاتور توربین گروهی از نازل‌های هم‌گرا- واگرا می‌باشند که جریان فراصوت را ایجاد می‌کنند. در این کار، ابتدا با استفاده از کد پیش‌بینی عملکرد توربین، پنج استاتور با زوایای چیدمان نازل مختلف طراحی شده و سپس به‌صورت عددی آزمایش شده‌اند. در کد پیش‌بینی عملکرد توربین از رابطه تجربی تصحیح شده راندمان در آزمایشگاه توربینی استفاده شده است که توسط نویسنده طراحی شده است. نتایج کار عددی و کد پیش‌بینی عملکرد توربین با استفاده از نتایج حاصله از آزمایش‌های تجربی صحه‌گذاری شده است. این نتایج نشان می‌دهند که زاویه چیدمان نازل‌ها تأثیر قابل توجهی بر الگوی سه‌بعدی توزیع جریان در پایین‌دست استاتور دارد. در اثر تغییر الگوی جریان، توزیع اتلافات و در نتیجه عملکرد توربین تغییر می‌یابد. مطابق با نتایج کار حاضر، این تغییرات با استفاده از روش‌های طراحی بهینه قابل کنترل است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           Pullan G., Secondary flows and loss caused by blade row interaction in a turbine stage. Journal of turbomachinery, 128(3): p. 484-491, 2006.
[2]           Schlienger J., Kalfas A., and Abhari R., Vortex-wake-blade interaction in a shrouded axial turbine. TRANSACTIONS-AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS JOURNAL OF TURBOMACHINERY, 127(4): p. 699, 2005.
[3]           Chaluvadi V., et al., Blade-row interaction in a high-pressure turbine. Journal of Propulsion and Power, 17(4): p. 892-901, 2001.
[4]           Zaccaria M. and Lakshminarayana B., Investigation of three-dimensional flowfield at the exit of a turbine nozzle. Journal of Propulsion and Power, 11(1): p. 55-63, 1995.
[5]           Rashid S., Tremmel M., Waggot J., Moll R, Curtis Stage Nozzle/Rotor Aerodynamic Interaction and the Effect on Stage Performance. Journal of Turbomachinery, Vol. 129(3): p. 12, 2007.
[6]           Aghaei-Tog R., Tousi A.M., Boroomand M., Numerical and Experimental Evaluation of Supersonic Turbine Flow and Effect of Geometrical Change of Blade Edges on Turbine Performance. Journal of Applied and Computaional Sciences in Mechanics, Vol. 22(3): p. 26, 2011.
[7]           آقایی طوق ر.، بهینه‌سازی پذیرش جزئی توربین‌های ضربه‌ای فراصوت، هوافضا، صنعتی امیرکبیر، تهران، 1392.
[8]           Aghaei-Togh R., Design Optimization of Supersonic Impulse Turbines Partial Admission, in Aerospace Engineering. 2013, Amirkabir: Tehran. p. 222.
[9]           ASME-PTC-19.1, Measurement Uncertainties. 1985, American Society of Mechanical Engineers.
[10]         ASME-PTC-22., Performance Test Code on Gas Turbines. 1997, American Society of Mechanical Engineers. p. 43.
[11]         ISO-2314, Gas Turbines-Acceptance Tests. 1989, International Organization for Standardization: Geneve, Switzerland.
[12]         ISO-5167, Measurement of Fluid Flow by Means of Orifice Plates, Nozzles and Venturi Tubes Inserted in Circular Cross-Section Conduits Running Full. 1980, International Organization for Standardization: Geneve, Switzerland.
[13]         Aghaei-Togh R., Tousi A.M., Experimental and numerical investigation of design optimization of a partial admitted supersonic turbine. Propulsion and Power Research, 2013.
[14]         PTC A., 10, 1997,“Performance Test Code on Compressors and Exhausters,”. American Society of Mechanical Engineers, New York, New York, 1997.
[15]         Varma A.K., Soundranayagam S., Experimental study of a small partial admission axial turbine with low aspect ratio blade. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2012.
[16]         Avsianikov B.V., Theory and calculation of feed systems’s elements (In Russian). 1983, Moscow: Machinestroeineh.
[17]         Biliayev E. and Cherbakov V., Mathematical modeling of liquid engines. 1999, Mosque: Maei.
[18]         Jensen J., et al., Mean value modeling of a small turbocharged diesel engine, in SAE Technical Paper 910070. 1991, SAE: Detroit, Michigan, United States.
[19]         Orkisz M., Stawarz S., Modeling of turbine engine axial-flow compressor and turbine characteristics. Journal of Propulsion and Power, 2000. 16(2): p. 336-339.
[20]         Balge O.E., Binsley R.L, Axial Turbine Performance Evaluation Part A- Loss Geometry Relationships. Journal of Engineering for Power, 1968: p. 341-348.
[21]         ANSYS C., version 8.0. Tutorial, Section Laminar to Turbulent Flow, 2004.
[22]         Menter F., Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA journal, 1994. 32(8): p. 1598-1605.
[23]         Kline S.J., McClintock F.A., Analysis of Uncertainty in Single-Sample Experiments. Mechanical Engineering, January, 1953.