افزایش راندمان پره های کمپرسور جریان محوری با استفاده از تکنیک دیواره نامتقارن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، ایران

2 کارشناس، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، ایران

3 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، ایران

4 استادیار، گروه پژوهشی تجهیزات دوار مکانیکی، پژوهشگاه نیرو، ایران

چکیده

این مقاله به بررسی کنترل جریان ثانویه در پره یک کمپرسور جریان محوری با هدف افزایش راندمان می‌پردازد. در ابتدا، پدیده جریان ثانویه در توربوماشین‌ها و تکنیک‌های کنترل آن معرفی می‌شود. با توجه به عملکرد این تکنیک‌ها که در پژوهش‌های قبلی منتشرشده‌اند، روش دیواره نامتقارن جهت بهبود عملکرد پره و  افزایش راندمان مورداستفاده قرارگرفته است. برای طراحی دیواره نامتقارن، یک زنجیره بهینه‌سازی خودکار توسعه داده‌شده است که  ایجاد ابرداده و استفاده از مدل جایگزین بهره می‌برد. برای تحلیل میدان جریان و عملکرد پره، شبیه‌سازی‌های عددی با استفاده از مدل توربولانسی  انجام‌شده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که طراحی دیواره نامتقارن باعث افزایش راندمان نسبت به دیواره متقارن می‌شود. آنالیز پدیده‌های جریانی، کوچک شدن اندازه گردابه‌ گوشه‌ و همچنین کاهش جدایش جریان در ناحیه نزدیک به دیواره نامتقارن را نمایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Mesbah M, Thomas JF, Thirifay F, Naert A, Hiernaux S. Investigation of Forced Response Sensitivity of Low Pressure Compressor With Respect to Variation in Tip Clearance Size. Journal of Turbomachinery, 2015. 137(9): p. 091011.
  • عباسی ث، اسماعیل زاده‌ولی ش. بررسی اثر اعمال شیارمحیطی در پوسته بررفتار جریان و عملکرد یک کمپرسور چرخشی معکوس. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 1401. 52 (4).
  • Harvey NW, Rose MG, Taylor MD, Shahpar S, Hartland J, Gregory-Smith DG. Nonaxisymmetric turbine end wall design: part I—three-dimensional linear design system. J. Turbomach., 2000. 122(2): p. 278-285.
  • Sharma O, Butler T. Predictions of endwall losses and secondary flows in axial flow turbine cascades. 1987.
  • Langston, L. Secondary flows in axial turbines—a review. Annals of the New York Academy of Sciences, 2001. 934(1): p. 11-26.
  • Mesbah M, Geuzaine P, Arts T, Simon JF. Impact of Weld Joint on Compressor Blade Performance. Journal of Propulsion and Power, 2017. 33(1): p. 276-284.
  • Bloxham MJ, Bons JP. Combined blowing and suction to control both midspan and endwall losses in a turbomachinery passage. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2010.
  • Benton SI, Bons JP, Sondergaard J. Secondary flow loss reduction through blowing for a high-lift front-loaded low pressure turbine cascade. Journal of turbomachinery, 2013. 135(2): p. 021020.
  • Benton SI, Bernardini C, Bons JP, Sondergaard R. Parametric optimization of unsteady end wall blowing on a highly loaded low-pressure turbine. Journal of Turbomachinery, 2014. 136(7): p. 071013.
  • Lethander AT. Assessment of a leading edge fillet for decreasing vane endwall temperatures in a gas turbine engine. 2003, Virginia Tech.
  • Sauer H, Müller R, Vogeler K. Reduction of secondary flow losses in turbine cascades by leading edge modifications at the endwall. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2000. American Society of Mechanical Engineers.
  • Zess, G, Thole KA. Computational design and experimental evaluation of using a leading edge fillet on a gas turbine vane. Turbomach., 2002. 124(2): p. 167-175.
  • Eric LM, King PI, Clark JP, Sondergaard R. Endwall loss reduction of high lift low pressure turbine airfoils using profile contouring—Part I: Airfoil design. Journal of Turbomachinery, 2014. 136(8): p. 081005.
  • Marks CR, Sondergaard R, Bear PS, Wolff Reynolds number effects on the secondary flow of profile contoured low pressure turbines. in 54th AIAA aerospace sciences meeting. 2016.
  • Sangston K, Little J, Lyall ME, Sondergaard R. End wall loss reduction of high lift low pressure turbine airfoils using profile contouring—Part II: Validation. Journal of Turbomachinery, 2014. 136(8): p. 081006.
  • Hergt A, Meyer R, Liesner K, Nicke E. A new approach for compressor endwall contouring. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2011.
  • Kawai T, Shinoki S, Adachi T. Secondary flow control and loss reduction in a turbine cascade using endwall fences. JSME international journal. Ser. 2, Fluids engineering, heat transfer, power, combustion, thermophysical properties, 1989. 32(3): p. 375-387.
  • Chung J, Simon T, Buddhavarapu J. Three-dimensional flow near the blade/endwall junction of a gas turbine: application of a boundary layer fence. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 1991. American Society of Mechanical Engineers.
  • Rose MG. Non-axisymmetric endwall profiling in the HP NGV’s of an axial flow gas turbine. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 1994. American Society of Mechanical Engineers.
  • Praisner TJ, Allen-Bradley E, Grover EA, Knezevici DC, Sjolander SA. Application of non-axisymmetric endwall contouring to conventional and high-lift turbine airfoils. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2007.
  • Dorfner C, Nicke E, Voss C. Axis-asymmetric profiled endwall design by using multiobjective optimisation linked with 3D RANS-flow-simulations. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2007.
  • Marks CR, Fletcher N, Sondergaard R. Comparison of Endwall Loss Reduction Techniques in a High-Lift Turbine Passage. Journal of Turbomachinery, 2021. 143(9): p. 091007.
  • Muller R, Vogeler K, Sauer H, Hoeger M. Endwall boundary layer control in compressor cascades. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2004.
  • Ma Y, Teng J, Zhu M, Qiang X. Non-axisymmetric endwall contouring in a linear compressor cascade. in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2020. American Society of Mechanical Engineers.
  • You F, Li X, Lu Q, Zhang H, Chu W. Numerical Investigation into a New Method of Non-Axisymmetric End Wall Contouring for Axial Compressors. Energies, 2022. 15(9): p. 3305.
  • حاج صادقی م، مددی ع، نوری س. بهینه سازی پروفیل پره کمپرسور محوری گذر صوتی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 1401. 52(3).
  • Hicks CR. Fundamental concepts in the design of experiments. 1964.
  • Forrester A, Sobester A, Keane A. Engineering design via surrogate modelling: a practical guide. 2008: John Wiley & Sons.
  • Kim JH, Choi JH, Kim KY. Surrogate modeling for optimization of a centrifugal compressor impeller. International Journal of Fluid Machinery and Systems, 2010. 3(1): p. 29-38.
  • Montero JM, Fernández-Avilés G, Mateu J. Spatial and spatio-temporal geostatistical modeling and kriging. 2015: John Wiley & Sons.
  • Jeong S, Murayama M, Yamamoto K. Efficient optimization design method using kriging model. Journal of aircraft, 2005. 42(2): p. 413-420.
  • Ma Y, Teng J, Zhu M, Qiang X. Effective strategy of non-axisymmetric endwall contouring in a linear compressor cascade. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2022. 236(8): p. 1473-1487.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار