بررسی عددی تاثیر پارامترهای هندسی و سرعت روتور بر میزان دبی نشتی براش سیل توربین‌ گاز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در این تحقیق مدلی دو بعدی و تقارن محوری برای اندازه گیری اثر تغییر طول آزاد رشته‌ها (فاصله بین نوک رشته‌ها و حلقه مقابل)، ارتفاع رشته‌ها (فاصله بین حلقه پشتی و نوک رشته‌های براش سیل در تماس با روتور)، ضخامت رشته‌ها و لقی شعاعی رشته‌ها (فاصله بین نوک رشته‌های براش سیل و روتور) بر دبی نشتی براش سیل‌ها با استفاده از تحلیل عددی معادلات ناویر-استوکس به روش میانگیری رینولدز و روش محیط متخلخل غیردارسی به کار گرفته می‌شود. نتایج نشان می‌‌دهند با افزایش ضخامت رشته‌ها و کاهش ارتفاع رشته‌ها، مقدار دبی نشتی کاهش پیدا می‌کند در حالی که دبی نشتی با افزایش طول آزاد رشته‌های براش سیل تقریبا بدون تغییر می‌ماند. با افزایش لقی شعاعی بر مقدار دبی نشتی افزوده می‌شود. این تحقیق نشان می‌دهد، جهت ایجاد کمترین مقدار نشتی، می‌بایست ارتفاع رشته‌های براش سیل و لقی شعاعی رشته‌ها حداقل بوده و ضخامت رشته سیم‌ها افزایش یابند. اثر سرعت چرخشی روتور بر میزان دبی نشتی نیز در تحقیق حاضر بررسی می‌شود. با توجه به نتایج، افزایش سرعت روتور باعث اندکی کاهش در دبی نشتی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ferguson J., Brushes as high performance gas turbine seals, in:  ASME 1988 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers, 1988.
[2] Bayley, F., Long, C., A combined experimental and theoretical study of flow and pressure distributions in a brush seal, ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power,  Vol. 115, No. 2, pp. 404-410, 1993.
[3] Hendricks R.C., Flower R., Howe H., A Brush Seals Program Modeling and Developments, International Journal of Rotating Machinery, Vol. 4, No. 2, pp. 91-96, 1998.
[4] Ergun S., Fluid flow through packed columns, Chem. Eng. Prog., Vol. 48, pp. 89-94, 1952.
[5] Carlile J.A., Hendricks R.C., Yoder D.A., Brush seal leakage performance with gaseous working fluids at static and low rotor speed conditions, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. Transactions of the ASME, Vol. 115, No. 2, pp. 397-403, 1993.
[6] Chew J., Lapworth B., Millener P., Mathematical modeling of brush seals, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 16, No. 6, pp. 493-500, 1995.
[7] Chew, J., Hogg, S., Porosity modeling of brush seals, Transactions-American Society of Mechanical Engineers Journal of Tribology,  Vol. 119, pp. 769-775, 1997.
[8] O'Neill A., Experiments on the Performance of Single and Multiple Brush Seals at Engine Representative Conditions, Msc. thesis. Department of Engineering, University of Oxford, 1993.
[9] Turner M.T., Chew J.W., Long C.A., Experimental investigation and mathematical modelling of clearance brush seals, in:  ASME 1997 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition, American Society of Mechanical Engineers, 1997.
[10] Chen L., Wood P., Jones T., Chew J., An iterative CFD and mechanical brush seal model and comparison with experimental results, Journal of engineering for gas turbines and power, Vol. 121, No. 4, pp. 656-662, 1999.
[11] Dogu Y., Investigation of brush seal flow characteristics using bulk porous medium approach, in:  ASME Turbo Expo 2003, collocated with the 2003 International Joint Power Generation Conference, American Society of Mechanical Engineers, pp. 1091-1101,2003.
[12] Dogu Y., Aksit M.F., Effects of Geometry on Brush Seal Pressure and Flow Fields—Part I: Front Plate Configurations, Journal of turbomachinery, Vol. 128, No. 2, pp. 367-378, 2006.
[13] Dogu Y., Aksit M.F., Effects of Geometry on Brush Seal Pressure and Flow Fields—Part II: Backing Plate Configurations, Journal of turbomachinery, Vol. 128, No. 2, pp. 379-389, 2006.
[14] Pugachev A., Helm P., Calibration of porous medium models for brush seals, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 223, No. 1, pp. 83-91, 2009.
[15] Huang S.Q., Suo S.F., Du K.B., Li Y.J., Wang Y.M., Study on a Type of Low-Leakage Brush Seal Porous Media Model, in:  Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, pp. 345-349, 2013.
[16] Qiu B., Li J., Yan X., Investigation into the flow behavior of multi-stage brush seals, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 228, No. 4, pp. 416-428, 2014.
[17] Gresham T.G., Weaver B.K., Wood H.G., Untaroiu A., Characterization of Brush Seal Permeability, in:  ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, American Society of Mechanical Engineers, 2016.
[18] FLUENT 6.3 User's Guide, Fluent Incorporated, 2006.