مطالعه عددی تاثیر عملگرهای پلاسمایی در کنترل جریان نشتی نوک در یک روتور کمپرسور محوری سرعت پایین

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

4 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

جریان نشتی نوک در کمپرسورهای محوری از جمله عوامل گسترش ناپایداری‌ها و افت در میدان جریان است. لذا شناخت این پدیده و به کارگیری روش‌های کنترل آن بسیار ضروری است. بررسی کنترل جریانِ درز نوک در یک کمپرسور محوری سرعت پایین با به کارگیری عملگرهای پلاسمایی با کمک شبیه‌سازی عددی موضوع مقاله حاضر است. بدین منظور با پیاده‌سازی مدل خطی توزیع نیروی حجمی و تعبیه آن بر روی پوسته و در بالادست رتور، اثرات عملگرهای پلاسمایی بر کنترل جریان درز نوک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد عملگرهای پلاسمایی با تزریق مومنتوم به ناحیه جریان درز نوک، علاوه‌ بر اینکه موجب کوچک‌تر شدن گردابه‌های جریان درز نوک شده، منجر به کاهش افت‌های ناشی از گردابه‌های شکل گرفته در این ناحیه می‌شود. همچنین، استفاده از این عملگرهای پلاسمایی در حدود 5/2 درصد بهبود در حاشیه واماندگی در کمپرسور مورد مطالعه را در پی داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Day I., Stall inception in axial flow compressors, Journal of Turbomachinery, 1993.
[2]  عباباف‌بهبهانی م.، تحقیق عددی و تجربی اثر تزریق جت هوا در ناحیه درز نوک بر روی عملکرد ردیف پره کمپرسور محوری، رساله دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، 1397.
[3]  Chen H., Huang X., Shi K., Fu S., Ross M., Bennington M. A., A computational fluid dynamics study of circumferential groove casing treatment in a transonic axial compressor, Journal of Turbomachinery, 2014.
[4]  Kim J. H., Choi K. J. and Kim K. Y., Aerodynamic analysis and optimization of a transonic axial compressor with casing grooves to improve operating stability, Aerospace Science and Technology, Vol. 29, pp. 81-91, 2013.
[5]  Feng L., Tong Z., Geng S., Zhang J., Chen J. and Nie C., A summary of stall warning and suppression research with micro tip injection, Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, pp. 1677-1688, 2011.
[6]  McGowan R. C., Corke T. C., Pulsed-DC Plasma Actuator Characteristics and Application in Compressor Stall Control, AIAA Aerospace Science Meeting, 2016.        
[7]  McGowan R. C., The Pulsed-DC Plasma Actuator: Characteristics and Stall Control in Axial Compressors and Fans, PhD Thesis, University of Notre Dame, 2018.
[8]  Ashpis D. E. and Thurman D. R., Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Actuators for Flow Control in Turbine Engines: Simulation of Flight Conditions in the Laboratory by Density Matching, International Journal of Turbo & Jet-Engines, 2019.
[9]  Patel M. P., Ng T. T., Vasudevan S., Corke T. C. and He C., Plasma actuators for hingeless aerodynamic control of an unmanned air vehicle, Journal of Aircraft, Vol. 44, pp. 1264-1274, 2007.
[10]             Pouryoussefi S. G., Mirzaei M. and Hajipour M., Experimental study of separation bubble control behind a backward-facing step using plasma actuators, Acta Mechanical, Vol. 226, pp. 1153-1165, 2015.
[11]          دالوند م.، ابراهیمی م. و پوریوسفی غ.، بررسی تجربی اثر متغیرهای هندسی و الکتریکی بر عملکرد محرک‌های پلاسمایی DBD در رژیم یکنواخت و رژیم رگه‌ای تخلیه‌ی پلاسما، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د . 46، ش. 1، ص 95-104، 1396.
[12]             Vo H. D., Suppression of short length-scale rotating stall inception with glow discharge actuation, ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea, and Air, pp. 267-278, 2007.
[13]             Jothiprasad G., Murray R. C., Essenhigh K., Bennett G. A., Saddoughi S., Wadia A., et al., Control of tip-clearance flow in a low speed axial compressor rotor with plasma actuation, Journal of turbomachinery, Vol. 134, 2012.
[14]             Li G.,  Xu Y., Yang L., Du W., Zhu J. and Nie C., Low speed axial compressor stall margin improvement by unsteady plasma actuation, Journal of Thermal Science, Vol. 23, pp. 114-119, 2014.
[15]             Ashrafi F., Michaud M. and Vo H., Delay of rotating stall in compressors using plasma actuators, Journal of Turbomachinery, Vol. 138, 2016.
[16]             Saddoughi S., Bennett G., Boespflug M., Puterbaugh S. and  Wadia A., Experimental investigation of tip clearance flow in a transonic compressor with and without plasma actuators, Journal of Turbomachinery, Vol. 137, 2015.
[17]             Inoue M., Kuroumaru M. and Fukuhara M., Behavior of tip leakage flow behind an axial compressor rotor, 1986.
[18]             Taghavi-Zenouz R. and  Abbasi S., Alleviation of spike stall in axial compressors utilizing grooved casing treatment, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 28, pp. 649-658, 2015.
[19]             Taghavi-Zenouz R. and Eslami S., Effects of casing treatment on behavior of tip leakage flow in an isolated axial compressor rotor blade row, Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 36, pp. 819-830, 2013.
[20]             Taghavi-Zenouz R. and Behbahani M. H. A., Improvement of aerodynamic performance of a low speed axial compressor rotor blade row through air injection, Aerospace Science and Technology, Vol. 72, pp. 409-417, 2018.
[21]           عبدی زاده غ. و قاسملو س.، بررسی عددی اثر عملگر پلاسمایی بر ضرایب آیرودینامیکی یک ایرفویل تحت نوسان انتقالی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 49، ش. 3، ص 239-248، 1398.
[22]              Shyy W., Jayaraman B., and Andersson A., Modeling of glow discharge-induced fluid dynamics, Journal of applied physics, Vol. 92, pp. 6434-6443, 2002.
Deppe A., Saathoff H. and Stark U., Spike-type stall inception in Axial Flow Compressors, Proceeding of 6th Conference on Turbomachinery, Fluid Dynamics and Thermodynamics, Lille, France, 2005