ارزیابی عددی اثر استفاده از عملگرهای پلاسمایی بر عملکرد یک روتور کمپرسور محوری سرعت پایین در معرض انسداد جریان چرخشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، آزمایشگاه پژوهشی احتراق و پیشرانش، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، آزمایشگاه پژوهشی احتراق و پیشرانش، تهران، ایران

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

چکیده

در این مطالعه به شبیه‌سازی عددی اثرات نامطلوب انسداد جریان چرخشی در یک روتور کمپرسور محوری سرعت پایین و تاثیر اعمال عملگرهای پلاسمایی به عنوان یک روش کنترل فعال در کاهش این ناپایداری‌های جریان، پرداخته شده است. در ابتدا، اثر انسداد جریان چرخشی تحت زاویه 5± و 10± درجه، هم جهت و خلاف جهت دوران روتور، بر عملکرد روتور مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از شبیه‌سازی اثرات دینامیک سیالاتی عملگرهای پلاسمایی، تاثیر این روش در کاهش اثرات نامطلوب این نوع از انسداد جریان ارائه شده است. وجود انسداد جریان چرخشی هم جهت با جهت دوران روتور موجب کاهش ضریب افزایش فشار روتور می‌گردد و این در حالی است که جریان چرخشی خلاف جهت دوران روتور با کاهش حاشیه واماندگی همراه بوده است. اعمال عملگرهای پلاسمایی با اصلاح زاویه جریان ورودی به پره، موجبات کنترل جریان و افزایش حاشیه واماندگی را به همراه دارند. در شرایط انسداد جریان خلاف جهت دوران روتور به میزان 5 درجه، عملگرهای پلاسمایی علاوه بر جبران اثرات نامطلوب انسداد جریان، موجب افزایش حاشیه واماندگی به میزان 3/1درصد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  •         Mehdi A., Effect of swirl distortion on gas turbine operability, PhD. Thesis, Power and Propulsion Department, Cranfield University, 2014.
  •       Stevens C., Spong E. and Hammock M., F-15 inlet/engine test techniques and distortion methodologies studies. Vol. 8, 1978.
  •      Tan C., Day I., Morris S. and Wadia A., Spike-type compressor stall inception, detection, and control. Annual review of fluid mechanics, Vol. 42, pp. 275-300, 2010.
  •        Zhang M. and. Hou A, Investigation on stall inception of axial compressor under inlet rotating distortion. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 231, pp. 1859-1870, 2017.
  •          Ryman J. F., Prediction of Inlet Distortion Transfer Through the Blade Rows in a Transonic Axial Compressor, MSc. Thesis, Mechanical Engineering Department, Virginia Tech, 2003.
  •         Zhou Y., Li J. and Song G., Experimental investigation and detached-eddy simulation of compressor aerodynamic performance in inlet distortion. AIP Advances, Vol. 9, p. 065202, 2019.
  •        Beale D., Demonstration of a Remotely-Controlled Swirl Generator for Simulating Aircraft Inlet Secondary Flows During Turbine Engine Ground Tests. In Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, p. V001T01A015, 2018,
  •        Xu R., Hu J., Wang X., Jiang C. and Ji J., Experimental Investigation of Rotating Instability in an Axial Compressor with a Steady Swirl Distortion Inlet. Energies, Vol. 14, p. 8057, 2021.
  •      Lu-ning F., Bang-qin C., Jia-le W., Ping T. and Qiang W., Experimental Research on the Influence of the Bulk Swirl on the Compressor. In Aerospace Mechatronics and Control Technology, Springer, pp. 129-139, 2022.
  • Tu B., Wang H. and Hu J., Numerical and Experimental Investigation on the Effects of Inlet Swirl Distortion on a Low Speed Axial Compressor. In 17th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology (IBCAST), 441-449,2020.
  • Acton M. J., Wolff M. and List M. G., Computational Inlet Swirl Distortion Investigation of a High-Speed Compressor. In AIAA Scitech 2021 Forum, p. 0387, 2021.
  • Guo J., Hu J., Wang X. and Tu B., Efficient Modeling of an Axial Compressor with Swirl Distortion. Journal of Thermal Science, Vol. 30, pp. 1421-1434, 2021.
  • Dong X., Sun D., Li F., Jin D., Gui X. and Sun X., Effects of stall precursor-suppressed casing treatment on a low-speed compressor with swirl distortion. Journal of Fluids Engineering, Vol. 140, 2018.
  • Stocks C. and Bissinger N., The design and development of the Tornado engine air intake. AGARD Aerodyn. of Power Plant Installation, 1981.
  • Khoshnejad A., Ebrahimi R. and Pouryossefi G., Numerical study on enhancement of low speed axial compressor rotor performance under radial inlet distortion via DBD plasma actuators. Journal of Aerospace Science and Technology, 2021.
  • Ashpis D. E. and Thurman D. R., Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasm Actuators for Flow Control in Turbine Engines: Simulation of Flight Conditions in the Laboratory by Density Matching. International Journal of Turbo & Jet-Engines, Vol. 36, pp. 157-173, 2019.
  • 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.
  • Khoshnejad A., Ebrahimi R., Pouryoussefi G. and Doostmahmoudi A. R., Numerical Simulation of Plasma Actuator Effect on Control of Tip Leakage Vortex in Low Speed Axial Compressor Rotor. Journal of Mechanical Engineering, 2020.
  • McGowen R., Corke T. C., Matlis E. H., Kaszeta R. and Gold C., Pulsed-DC plasma actuator characteristics and application in compressor stall control. In 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, p. 0394, 2016.
  • Vo H. D., Suppression of short length-scale rotating stall inception with glow discharge actuation. In ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea, and Air, pp. 267-278, 2007.
  • Jothiprasad G., Murray R. C., Essenhigh K., Bennett G. A., Saddoughi S., Wadia A., Control of tip-clearance flow in a low speed axial compressor rotor with plasma actuation. Journal of Turbomachinery, 2012.
  • 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.
  • Ashrafi F., Michaud M. and Vo H., Delay of rotating stall in compressors using plasma actuators. Journal of Turbomachinery, Vol. 138, p. 091009, 2016.
  • McGowan R. C., Corke T. C., Matlis E. H., Kaszeta R. W. and Gold C. X., Pulsed-DC plasma actuation for stall control in an axial fan. In 2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting, p. 1357, 2018.
  • 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, p. 041008, 2015.
  • Inoue M., Kuroumaru M. and Fukuhara M., Behavior of tip leakage flow behind an axial compressor rotor. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1986.
  • Simoes M. R., Montojos B. G., Moura N. R., and Su J., Validation of turbulence models for simulation of axial flow compressor. In 20th international congress of mechanical engineering, 2009.
  • Menter F., Zonal two equation kw turbulence models for aerodynamic flows. In 23rd fluid dynamics, plasma dynamics, and lasers conference, 1993.
  • Shyy W., Jayaraman B. and Andersson A., Modeling of glow discharge-induced fluid dynamics. Journal of applied physics, Vol. 92, pp. 6434-6443, 2002

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار