مطالعه‌ی جریان در یک توربین فراصوت خاص و بررسی تأثیر تغییر هندسی لبه‌ی پره‌ها بر عملکرد توربین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

ایرانی

چکیده

در این مقاله، ابتدا به‌‌ ‌منظور شناخت کافی از الگوی جریان درون کانال‌ها و اطراف پره‌های ضربه‌ای یک توربین فراصوت، تحلیل عددی به‌‌ صورت دوبعدی و سه‌‌بعدی صورت گرفته است. سپس در راستای بهینه سازی عملکرد توربین، تأثیر تیز کردن لبه‌ی پره‌ها در این توربین مطالعه شده است. با بررسی‌های اولیه، نویسندگان دریافتند که با اصلاح هندسی پره‌های این توربین، می‌توان عملکرد آن‌را بهبود بخشید. نتایج عددی و تجربی به‌‌ دست آمده از این‌کار، نشان می‌دهد که تیز کردن لبه‌های حمله و فرار پره‌ها باعث اصلاح الگوی جریان و بهبود زمینه‌ی شوک‌های ایجاد شده در فضای بین خروجی نازل و ورودی روتور و فضای داخل کانال‌های پره‌ها می‌گردد. این توربین‌ها در سامانه‌ی توربوپمپ موتورهای ماهواره‌بر استفاده می‌شود. توربین‌های مورد استفاده در این سامانه‌ها بدون خنک‌‌کاری بوده و جریان عبوری از آن‌ها تراکم‌پذیر، فراصوت، با آشفتگی بالاو میدان جریان پیچیده می‌باشد. جریان‌های آشفته دارای میدان‌های نوسانی سرعت متفاوتی هستند. شبیه‌سازی مستقیم نوسانات کوچک با فرکانس بالا، در محاسبات عملی مهندسی بسیار پرهزینه می‌باشد. در کارهای عددی، مدل‌سازی صحیح و انتخاب مدل آشفتگی مناسب این جریان‌ها در رسیدن به جواب‌های دقیق در مدت زمان مناسب حائز اهمیت بوده و مورد توجه پژوهشگران می‌باشد. دو مدل آشفتگی پیشنهادی در نرم‌افزار FLUENT، یعنی مدل‌های و برای تحلیل عددی این‌گونه توربوماشین‌ها، مورد توجه قرار گرفته و با استفاده از این‌دو مدل، شبیه‌سازی عددی صورت گرفته است. هدف از به ‌کارگیری دو مدل در این تحلیل، بررسی نتایج حاصله در جهت انتخاب مناسبترین مدل در تحلیل عددی این نوع توربین برای استفاده در کارهای آتی می‌باشد. اندازه‌گیری‌های دقیق از خواص متوسط و نوسانی از میدان سرعت، در لایه‌های مرزی با انجام یافته و نتایج محاسبات با نتایج موجود از آزمایش‌های عملکردی مورد مقایسه واقع شده است.

عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Evaluation of Supersonic Turbine Flow and Effect of Geometrical Change of Blade Edges on Turbine Performance

نویسندگان [English]

  • reza Aghaei tog
  • abolghasem Tousi
  • masod Boroomand
چکیده [English]

The present study numerically assesses two and three dimensionally, of the flow pattern inside channels and around impulse blades of a supersonic turbine. Also the effects of edge-sharpening on the aerodynamics of blades have been of concern. Primary studies show that with geometric modification of blades, optimization of the efficiency of turbine is possible. The numerical and experimental results suggest that edge-sharpening modifies flow pattern and improves shock field on the area between nozzle and. Supersonic turbines do not need cooling system and their flow is of compressible, supersonic, highly turbulent and complex flow field type. Turbulence flows may have different oscillating velocity fields. Since these oscillations may be very small and haveing a high frequency, their direct simulation will be too costly in regard to practical engineering computations. In numerical studies, correct simulation and the proper turbulence model selection for these flows are very important in obtaining reliable results in reasonable amount of time. The Two turbulence models, and , have been widely used for the numerical analysis of these turbo machines. The present study also aimed to comparatively assess the two models to determine which one is superior for the simulations of impulse turbines. Accurate measurements of the mean characteristics and oscillating of the velocity field have been carried out in boundary layers with . The results of the computations have been compared to those of the experimental analysis.