بهینه‌سازی عملکرد کمپرسور جریان محوری با تغییر زوایای لین و سوییپ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، گلپایگان، ایران

چکیده

در این پژوهش با ایجاد ارتباط خودکار بین یک حلگر معادلات ناویر-استوکس و الگوریتم ژنتیک، یک ابزار مناسب جهت تغییر شکل سه بعدی ردیف روتور و استاتور یک کمپرسور محوری یک طبقه ایجاد شده است. برای تغییر شکل ردیف پره روتور و استاتور، زوایای لین و سوییپ هر ردیف پره مورد توجه قرار گرفته و تغییراتی در مختصات سه بعدی شکل پره ایجاد می‌شود. شبکه محاسباتی لازم بر اساس همین مختصات به صورت سازمان یافته ایجاد شده است. معادلات بقاء جرم و مومنتوم و معادلات آشفتگی به صورت پایا و تراکم‌پذیر حل و بازدهی طبقه کمپرسور و میزان دبی جرمی عبوری در هر حالت محاسبه گردید. بازدهی کمپرسور، برای محاسبه تابع هدف الگوریتم بهینه‌سازی استفاده می‌شود. بعد از دفعات تکرار مشخص، حالت بهینه زوایای لین و سوییپ برای ردیف روتور و استاتور بدست آمد. با تغییر زوایای لین و سوییپ ردیف پره‌ها در یک محدوده مشخص، بازده کمپرسور  به  میزان 1.35 درصد  در  نقطه کاری آن افزایش یافت، در حالی‌که میزان تغییرات دبی جرمی نسبت به حالت اولیه آن در حدود یک درصد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]      Yuan X., Tanuma T., Zhu X., Lin Z. and Nomura D., A CFD approach to fluid dynamic optimum design of steam turbine stages with stator and rotor blades, ASME Turbo-Expo, GT2010-22477, 2010.
[2]     Fathi A. and Shadaram A., Optimization of a 10-stage axial flow compressor using streamline curvature method with respect to aerodynamic criteria, Modares Mechanical Engineering, Vol. 12, No. 2, pp. 72-86, 1391.
[3]     Azizi R., Ebrahimi R. and Ziabasharhagh M., The novel preliminary design algorithm of multistage axial compressors through two layer multi-objective/multi-variables optimization, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 12, pp. 1-13, 1392.
[4]  بزاززاده م.، دهقان منشادی م. و کرباسی زاده م.، بررسی عددی تاثیر نسبت فشاری بر پدیده تداخل موج ضربه‌ای و لایه مرزی در یک مجرا با سطح مقطع ثابت . مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 3، ص 51-60، 1396.
[5]     Oyama A., Liou M.S. and Obayashi S., Transonic axial-flow blade shape optimization using evolutionary algorithm and three-dimensional Navier-Stokes solver, AIAA 2002-5642. vol. 4. Citeseer, 2002.
[6]     Pierret S., Multi-objective and multi-disciplinary optimization of three-dimensional turbomachinery blades, Proceedings of the 6th World Congresses of Structural and Multidisciplinary Optimization, 2005.
[7]     Choon-Man J., Abudus S. and Kwang-Yong K., Optimal design of swept, leaned and skewed blades in a transonic axial compressor, ASME Turbo-Expo, GT2006-90384, 2006.
[8]     Keskin A., Dutta A. K. and Bestle D., Modern compressor aerodynamic blading process using multi-objective optimization, ASME Turbo-Expo, GT2006-90206, 2006. 
[9]     Huppertz A., Flassig P.M., Flassig R.J. and Swoboda M., Knowledge-based 2d blade design using multi-objective aerodynamic optimization and a neural network, ASME Turbo-Expo, GT2007-28204, 2007.
[10] Cardamone P., Aerodynamic Optimization of Highly Loaded Turbine Cascade Blades for Heavy Duty Gas Turbine Applications,  Thesis, Universität der Bundeswehr München, Universitätsbibliothek, 2006.
[11]  Pierret S. and Van den Braembussche R., Turbomachinery blade design using a Navier–Stokes solver and artificial neural network, Journal of Turbomachinery, Vol. 121, pp. 326,1999.
[12]  Mengistu T. and Ghaly W., Aerodynamic optimization of turbomachinery blades using evolutionary methods and ANN-based surrogate models, Optimization and Engineering, Vol. 9, No. 3, pp. 239-255, 2008.
[13]  Kim J. H., Choi J. H. and Kim K. Y., Design optimization of a centrifugal compressor impeller using radial basis neural network method, ASME Turbo-Expo, GT2009-59666, 2009
[14]  Thévenin D., Janiga G. and NetLibrary I., Optimization and computational fluid dynamics: Springer Verlag, 2008.
[15]  Chipperfied A., Fleming P., Pohlheim H.and Fonseca C., Genetic Algorithm Toolbox for use with Matlab, University of Sheffield,  2001.
[16]  Pourfarzaneh H., Hajilouy-Benisi A., Farshchi M., Zero-dimensional modeling of axial and centrifugal compressors of a turbojet and validation by test results, Sharif Mechanical Engineering, Vol. 28, No. 3, pp. 23-27, 1391.