بهینه سازی پروفیل پره کمپرسور محوری گذرصوتی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استادیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر به بهینه سازی هندسه پروفیل پره‌ی روتور 67 ناسا با هدف کاهش افت فشار و با حفظ زاویه چرخش جریان در مقاطع مختلف پرداخته شده است. این روش بهینه سازی از تلفیق یک روش تعریف هندسی، یک حل کننده عددی جریان و روش های بهینه سازی عددی بهره گرفته است. فرایند بهینه سازی با ایجاد تغییراتی در خط انحنا، توزیع ضخامت و محل بیشینه ضخامت ایرفویل، انجام شده است. هندسه ایرفویل توسط الگوریتم بی اسپلاین ساخته شده است و طول وتر، ضخامت در نقاط ابتدایی و انتهایی و زاویه خط انحنا در نقاط ابتدایی و انتهایی بعنوان قیود هندسی و چرخش جریان و میزان دبی ورودی بعنوان قیود جریانی اعمال شده است. در نهایت از بین هندسه های تولید شده برای هر مقطع از پره، هندسه ای که دارای بهترین عملکرد می‌باشد، انتخاب می‌شود و جایگزین مقطع اصلی می‌گردد. سپس به منظور اثر بخشی روش بهینه سازی، در نمونه‌ی اول دو مقطع بهینه را جایگزین کرده و در نمونه‌ی دوم، سه مقطع بهینه جایگزین شده است. بعد از جایگذاری مقاطع بهینه، به کمک حل عددی جریان در پره های تغییر شکل یافته، میزان راندمان، نسبت فشار و دبی جرمی با پره‌ی اصلی در نمودار عملکردی مقایسه می‌گردد. در نمونه‌ی اول میزان راندمان 48/0 درصد افزایش داشته است، اما دبی خفگی کاهش پیدا کرده است. در نمونه‌ی دوم میزان بهبود راندمان 41/0 درصد است در حالیکه ظرفیت دبی عبوری نیز بهبود پیدا کرده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Lieblein, S., and Johnsen, I., 1961. “Resume of Transonic- Compressor Research at NACA Lewis Laboratory”. Journal of Engineering for Power, 83, pp. 219–234.
  • Johnsen, I., and Bullock, R., 1965. Aerodynamical Design of Axial-Flow Compressors. Tech. Rep. SP-36, NASA.
  • Hobbs, D., andWeingold, H., 1983. “Development of Controlled Diffusion Airfoils for Multistage Compressor Application”. In ASME 1983 International Gas Turbine Conference and Exhibit, American Society of Mechanical Engineers.
  • K¨oller, U., M¨onig, R., K¨usters, B., and Schreiber, H.-A., 2000. “Development of Advanced Compressor Airfoils for Heavy-Duty Gas Turbines — Part I: Design and Optimization”. Journal of Turbomachinery, 122(3), pp. 397–405.
  • K¨usters B., Schreiber H.-A., K¨oller U., and M¨onig R.,. Development of Advanced Compressor Airfoils for Heavy-Duty Gas Turbines— Part II: Experimental and Theoretical Analysis. Journal of Turbomachinery, 122(3), pp. 406–414, 2000.
  • Aulich M., Voss C., and Raitor T.,. Optimization Strategies demonstrated on a Transonic Centrifugal Compressor. ISROMAC 15, 2014.
  • Voss C., Aulich, M., and Raitor, T.,. Metamodel Assisted Aeromechanical Optimization of a Transonic Centrifugal Compressor. ISROMAC 15, 2014.
  • Korakianitis T.,. Prescribed-curvature-distribution airfoils for the preliminary geometric design of axial turbomachinery cascades”. ASME Journal of Turbomachinery, Vol. 115, April, pp. 325–333, 1993.
  • Köller U., Mönig R., Küsters B., Schreiber H.-A., , “Development of Advanced Compressor Airfoils for Heavy- Duty Gas Turbines - Part I: Design and Optimization”, ASME Journal of Turbomachinery, Vol. 122, pp. 397-405, 2000
  • Sonoda T., Yamaguchi Y., Arima T., Olhofer M., Sendhoff B., Schreiber H.-A., , “Advanced High Turning Compressor Airfoils for Low Reynolds Number Condition – Part I: Design and optimization, ASME Journal of Turbomachinery, 126, pp. 350-359, 2004.
  • Siddappaj, K., Turner M. G., and Merchan, A., 2012. General capability of parametric 3d blade design tool for turbomachinery”. In Proceedings of ASME Turbo Expo, 2012
  • Nemnem, A. F., Turner, M. G., Siddappaji, K., and Galbraith, M., 2014. “A smooth curvature-defined meanline section option for a general turbomachinery geometry generator”. In Dusseldorf, Germany, no. GT2014-26363.
  • Biollo, R., Systematic Investigation on Swept and Leaned Transonic Compressor Rotor Blades, Ph.D. thesis, Scuola di Dottorato di Ricerca in Ingegneria Industriale, Universita’ degli Studi di Padova, 2008.
  • Yamaguchi and T. Arima. Multiobjective optimization for transonic compressor stator blade. In 8th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization, 2000.
  • OYAMA, A.; LIOU, M.S.; OBAYASHI, S.: Transonic Axial Flow-Blade Shape Optimization Using Evolutionary Algorithm and ThreeDimensional Navier-Stockes Solver. In: 9 th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization (Atlanta, Georgia, 04. - 06. September 2002). Atlanta : American Institute of Aeronautics and Astronautics,. – Paper: AIAA 2002-5642, 2002.
  • Mengistu, T., and Ghaly, W., “Single and Multipoint Shape Optimization of Gas Turbine Blade Cascades,” AIAA Paper 2004-4446, Aug. 2004.
  • Luo, C., Song, L. M., Li, J., and Feng, Z. P., 2009, “Multiobjective Optimization Approach to Multidisciplinary Design of a Three-dimensional Transonic Compressor Blade,” ASME Paper No. GT2009-59982.
  • Ellbrant L., et al., "CFD Optimization of a Transonic Compressor Using Multiobjective GA and Metamodels," in Proceedings of the 28th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2012.
  • Jiang B., Zheng Q., Zhang H., Zhang X., Chen Z., Qiu Y., M. Li, "Advanced Axial Compressor Airfoils Design and Optimization", Proc. ASME Turbo Expo, 2015.
  • Mahmood, S.-H, Turner M. G., Siddappaji, K., and Balasubramanian, K., 2016, “Flow Characteristics of an Optimized Axial Compressor Rotor using Smooth Design Parameters,
  • Miller G. R., Lewis G. W., and Hartmann M. J., Shock losses in transonic rotor rows, Trans. ASME Journal of Engineering for Power, 1961.
  • Cumpsty, N. A., Compressor Aerodynamics, Longman, 1989.
  • Ansys, Innovative Turbulence Modelling: SST model in ANSYS CFX, Ansys Inc., Technical report, 2006.
  • Strazisar A. J., et al., Laser Anemometer Measurements in a Transonic Axial Flow Fan Rotor, NASA TP 2879, 1989.
  • Jun Li, Hiroshi Tsukamoto, and Nobuyuki Satofuka, “Optimization of Aerodynamic Design for Cascade Airfoil by Means of Boltzmann Selection Genetic Algorithms, A Collection of the 18th AIAA APPLIED AERODYNAMICS CONFERENCE Technical Papers, Vol. 2, AIAA, 2000, p. 864.
  • Fuchs R., W. Steinert and H. Starken. Transonic compressor rotor cascade with boundary-layer separation: Experimental and theoretical results. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. Vol. 78927. American Society of Mechanical Engineers, 1993.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار