مطالعه عددی پدیده سرج با مدل توربولانسی k-εدر کمپرسورهای جریان محوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

کاربرد کمپرسور­های محوری در فرآیند­های آیرودینامیکی به علت وجود ناپایداری جریان سیال در دبی­های جرمی کم، محدود است. از جمله این ناپایداری‌­ها پدیده سرج است. در کار حاضر تحلیل سه بعدی غیر دائم معادلات ناویر استوکس به کمک نرم افزار فلوئنت در توربو­ماشین­های چند مرحله‌­ای با استفاده از مدل توربولانسی (k −ε) و نوع  SKEمطالعه شده است. نتایج نشان دادند این مدل در مقایسه با انواع معمولی، برای مسائل توربوماشین­ها دارای دقت بهتر و نرخ همگرایی سریع­تری است و در بررسی رفتار سیستم تراکمی برای نقاط عملکرد متفاوت کمپرسور، هنگام بروز پدیده سرج و تغییرات نوسانات فشار و دبی جرمی با گذشت زمان، دقت قابل قبولی دارد. به طوریکه نرخ متوسط دبی جرمی محاسبه شده برای روتور ناسا ۶۷ در مطالعه حاضر و مدل SKE برابر (kg/s) ۲۳/۳۴ است و داده‌­های آزمایشگاهی مقدار (kg/s) ۶۱/۳۴ را نشان می­دهد. همچنین مشخص شد که در شرایط سرج با افزایش دور طراحی نوسانات کاهش زیادی خواهند داشت.

کلیدواژه‌ها


[1]شیرانی، توربو­ماشین، ویرایش دوم، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، 1379، شابک 0-76-6029-964
[2]  Moor F. K., Greitzer E. M., A theory of post stall transients in a axial compressor system, part 1-development of Equation, Journal of Engineering for gas turbine and power Vol. 108, pp. 68-76, 1986
[3]  Bohagen B., Gravdahl J. T., Active Surge control of compressor system using drive torque, Automatica, Vol. 44, pp. 1135-1140, 2008
[4]  Emmons H. W., Pearson C. E. and Grant H. P., Compressor Surge and Stall Propagation,” Transactions of ASME, Vol. 77, pp. 455-469, 1955
[5]  Horlock J.H., Axial Flow Compressors, Butterworths Scientific Publications,London, 1958.
[6]  M.Greitzer E., Surge and Rotating Stall in Axial Flow Compressor: Part 1,Theoretical Compression System Model, and Part 2, Experimental Results and Comparison with Theory, ASME Journal of Engineering for Power Transactions of ASME, Vol. 98, pp. 190-217, April 1976.
[7] K.Moore F. and M.Greitzer E., A Theory of Post-Stall Transients in Axial Compression Systems Part I-Development of Equations,” Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 108, pp. 68-76, Jan. 1986
[8]  Gravdahl T. and Egeland O., Compressor Surge and Rotating Stall Modeling and Control, Springer, Verlay London Limited, 1999.
[9]  Stodola A., Steam and Gas Turbine, McGraw-Hill Book Co., New York, 1927.
[10]         Kearton W. J., Turbo-Blowers and Compressors, Sir Isaac Pitman and Sons Publishers, London, 1931
[11]         Fischer K. and Thoma D., Investigations of the Flow Conditions in a Centrifugal Pump”, Transactions of ASME, Vol. 54, pp. 141-155, Nov. 1932.
[12]         Helvoirt J.V., Centrifugal Compressor Surge. Modeling and Identification for Control, PILD Thesis. Technische Universiteit Eindlioven. 2007.
[13]         Willems F., Modeling and Control of Compressor Flow Instabilities, IEEE Conti-ol System Magazine. Vol. 19. pp. 8-18. 2009.
[14]         Kurz R., White R.C., Surge Avoidance in Gas Compression Systems, Tram. ASME, Journal. of Turbo. Vol. 126. pp. 501-506. 2009
[15] bohagen B ., Gravdahl J. T ., Active Surge control of compressor system using drivetorque,  journal of engineering,Vol. 44, pp.1135-1140 2008
[16] Rao A.N., N.Ramesh O., The Dynamics of Surge in Compression Systems”, Sadhana, Vol. 32. pp. 43-49. Part 1&2. Feb-Apr. 1997
[17]         Niazi S., Numerical Simulation of Rotating Stall and Surge Alleviation in Axial Compressors, Ph.D. Dissertation, Georgia Institute of Technology, Aerospace Engineering, July 2000.
[18]         Lin.Shu, Yang .Chunjie, Wu Ping, Song Zhihuan, Active surge control for variable speed axial compressors,  ISA Transactions, vol 53, pp 1389–1395, 2014.
[19]         Changzheng LI., Siqi XU., Zhiqi HU., Experimental Study of Surge and Rotating Stall Occurring in Highspeed Multistage Axial Compressor, “APISAT2014”, 2014 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology,APISAT2014, Procedia Engineering Vol 99, pp 1548 – 1560, 2015.
[20]         Ahmed Hafaifaa, Belhadef Rachidb & Guemana Mouloudac. Modelling of surge phenomena in a centrifugalcompressor: experimental analysis for control”. Systems Science & Control Engineering: An OpenAccess Journal, 23 July 2015.
[21] Strazisar A J ., et al., Laser anemometer measurements in a transonic axial-flow fan rotor, -NASATechnical Paper (NASA TP)2879, 1989.