شبیه‌سازی روش‌های دائم و غیردائم به‌وسیله دینامیک سیالات محاسباتی و بررسی عددی تغییرات هندسی در یک طبقه توربوماشین جریان محوری

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی هیدرودینامیک و جلوبرندگی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی هیدرودینامیک و جلوبرندگی ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

چکیده

یکی از اهداف دینامیک سیالات محاسباتی برای تور‌بوماشین‌ها، پیش­بینی عملکرد آ­ن­ها از قبیل نسبت فشار، راندمان و ماهیت جریان عبوری است. در این پژوهش که از دو بخش تشکیل‌شده، در بخش اول روش­های شبیه‌سازی دائم و غیردائم برای یک طبقه از توربوماشین جریان محوری انجام و نتایج اعتبارسنجی شد. در این راستا از دو روش عددی دائم  شامل روتور یخ‌زده و طبقه و سه روش عددی گذرا شامل گذرای استاندارد، تبدیل زمانیو تبدیل پروفیلاستفاده شد که روش‌های گذرا پیش­بینی دقیق­تری را ارائه نمودند. در روش‌های گذرا مشاهده شد که اثرات گذرا شامل دنباله، حباب لبه حمله استاتور و جدایش جریان را می‌توان با وضوح بیشتری به دست آورد که این موارد در روش‌های پایا ضعیف­تر مشاهده شد. به‌منظور حل عددی میدان جریان از شبکه‌بندی با سازمان و برای مدل‌سازی آشفتگی از مدل توربولانسی انتقال تنش برشی استفاده شد. در بخش دوم مقاله 9 حالت تغییر هندسی از قبیل ایجاد زبری در سطوح تیغه، چرخش‌های ساعت‌گرد و پادساعت‌گرد مقاطع فویل، ایجاد شعاع در ریشه تیغه‌ها و ایجاد فاصله محوری بین تیغه‌ها بررسی شد. که مقدار بازدهی در بهترین حالت 2 درصد افزایش و در بدترین حالت 11 درصد کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Reid L. and Moore R. D. Design and overall performance of four highly loaded, high speed inlet stages for an advanced high-pressure-ratio core compressor 1978.
[2]     Ben Z. Shan Y. Ce. C., Mingxu Q. and Mi Z. Unsteady flow variability driven by rotor-stator interaction at rotor exit Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 25, pp. 871-878, 2012.
[3]     Yao H. Yan P. and Han W. Numerical investigation of influence of rotor/stator interaction on blade boundary layer flow in a low speed compressor," Journal of Thermal Science, vol. 20, pp. 39-46, 2011.
[4]     Hathaway M. D. Suder K. L. Okiishi T. H. Strazisar A. J. and Adamczyk J. J. Measurements of the Unsteady Flow Field within the Stator Row of a Transonic Axial-Flow Fan. II-Results and Discussion, Gag Turbine Conference and Exhibition, ASME-87-GT-227 1987.
[5]     Cherrett M. A. and Bryce J. D. Unsteady Viscous Flow in a High Speed Core Compressor, International Gas Turbine and Aerocngine Congress and Exposition, ASME-91-GT -91, 1991.
[6]     Deutsch S. and Zierke W. C. The Measurement of Boundary Layers on a Compressor Blade in Cascade: Part 2—Suction Surface Boundary Layers, Journal of turbomachinery, Vol. 110, pp. 138-145, 1988.
[7]     Lieber L. Fluid dynamics of turbomachines, MECHANICAL ENGINEERING-NEW YORK AND BASEL-MARCEL DEKKER-, pp. 43-94, 2003.
[8]     Pouagare M. Galmes J. and Lakshminarayana B. An experimental study of the compressor rotor blade boundary layer, Journal of engineering for gas turbines and power, Vol. 107, pp. 36. 1985, 372-4
[9]     Dring R. P. and Spear D. A., The effects of wake mixing on compressor aerodynamics, Journal of turbomachinery, Vol. 113, pp. 600-607, 1991.
[10]   Strazisar A. J. Wood J. R. Hathaway M. D., and Suder K. L. Laser anemometer measurements in a transonic axial-flow fan rotor vol. 2879: National Aeronautics and Space Administration, Office of Management, Scientific and Technical Information Division, 1989.
[11]   Prato J. and Lakshminarayana B. Investigation of compressor rotor wake structure at peak pressure rise coefficient and effects of loading, Journal of turbomachinery, Vol. 115, pp. 487-500, 1993.
[12]   Arndt N. Blade row interaction in a multistage low-pressure turbine, Journal of turbomachinery, Vol. 115, pp. 137-146, 1993.
[13]   Collie J. Moses H. Schetz J. and Gregory B. Recent advances in simulating unsteady flow phenomena brought about by passage of shock waves in a linear turbine cascade, in ASME 1992 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, 19, 99 pp. V001T01A002-V001T01A002.
[14]   Benini E. and Biollo R. Aerodynamics of swept and leaned transonic compressor-rotors, Applied energy, Vol. 84, pp. 1012-1027, 2007.
[15]   Egorov Y. and Menter F. Development and application of SST-SAS turbulence model in the DESIDER project, in Advances in Hybrid RANS-LES Modelling, ed: Springer, 2008, pp. 261-270.
[16]   ANSYS, "ANSYS CFX-Solver Modeling Guide," 2014.
[17]   ANSYS, "ANSYS CFX-Solver Theory Guide."
[18]   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.